INLEDANDE FÄLTFÖRSÖK PROJEKT AIS 32. Delrapport 2

R A P P O R T V R 2 0 0 3 : 9 INLEDANDE FÄLTFÖRSÖK PROJEKT AIS 32 Delrapport 2 M G U S T A F S S O N

Titel / Title: Inledande fältförsök, Projekt AIS 32 - Delrapport 2 Författare / Author: Gustafsson M Serie / Series: VINNOVA Rapport VR 2003:9 ISBN: 91-89588-98-3 ISSN: 1650-3104 Utgiven/ Published: Juli 2003 Utgivare / Publisher: VINNOVA - Verket för Innovatonssystem / Swedish Agency for Innovation Systems VINNOVA Diarienr / Case No: 341-2001-02644 REFERAT (syfte, metod, resultat): Inom projekt AIS 32 studeras ett antal olika industriella restprodukter; stenmjöl från bergtäktsindustrin, gjuterisand samt restprodukter från massaindustrin. Avsikten är att undersöka restprodukternas tekniska och miljömässiga egenskaper, både naturliga och förädlade, i såväl laboratorium som i fält och med utgångspunkt från detta skapa ett system för karakterisering av restprodukter samt hitta möjliga användningsområden. I denna delrapport presenteras resultat från inledande fältförsök med avseende på geotekniska egenskaper. ABSTRACT (sim, method, results): A number of industrial by-products are being studied in the project AIS 32; crushed stone with grain size 0-2 mm, sand from casting industries and by-products from the cellulose industry. The aim is to investigate the technical and environmental properties for the by-products included in the study, both in the laboratory and in the field, and to use this as a base to create a system for characterization of by-products and also to find applications where the materials can be used. The results from the initial field studies are presented in this partial report. I VINNOVAs Verket för Innovationssystem publikationsserier redovisar bl a forskare, utredare och analytiker sina projekt. Publiceringen innebär inte att VINNOVA tar ställning till framförda åsikter, slutsatser och resultat. Undantag är publikationsserien VINNOVA Policy som återger VINNOVAs synpunkter och ställningstaganden. VINNOVAs publikationer finns att beställa, läsa eller ladda ner via www.vinnova.se. Tryckta utgåvor av VINNOVA Analys, Forum och Rapport säljs via Fritzes Offentliga Publikationer, www.fritzes.se, tel 08-690 91 90, fax 08-690 91 91 eller order.fritzes@liber.se VINNOVA Swedish Agency for Innovation Systems publications are published at www.vinnova.se

INLEDANDE FÄLTFÖRSÖK PROJEKT AIS 32 Delrapport 2 Göteborg 2002-10-18 Malin Gustafsson Chalmers Tekniska Högskola SP Svenska Gjuteriföreningen Billerud Skärblacka AB Componenta i Alvesta AB E Sabel AB Lidköpings Gjuteri AB NCC Construction Sverige AB NCC Roads Sverige AB Rani Metall AB SKF Mekan AB

Innehåll: 1 Förord 3 2 Inledning 3 3 Syfte och mål 4 4 Beskrivning av utförda fältförsök 4 4.1 Gemensamma förutsättningar 4 4.2 Utläggnings-, packnings- och mätutrustning 5 4.2.1 Utläggning 5 4.2.2 Packning 6 4.2.3 Bärighet 7 4.2.4 Densitet/Packningsgrad 10 5 Försöksstation E Sabel, Lidköping 11 5.1 Inledning 11 5.2 Försök med furansand 1 12 5.2.1 Material 12 5.2.2 Utförande och resultat 12 5.3 Försök med vattenglassand 1 15 5.3.1 Material 15 5.3.2 Utförande och resultat 15 5.4 Försök med furansand 2 18 5.4.1 Material 18 6 Försöksstation SKF Mekan, Katrineholm 19 6.1 Inledning 19 6.2 Försök med resolsand 19 6.2.1 Material 19 6.2.2 Utförande och resultat 20 6.3 Försök med bentonitsand 1 23 6.3.1 Material 23 6.3.2 Utförande och resultat 24 7 Försöksstation Billerud Skärblacka 26 7.1 Inledning 26 7.2 Försök med bottenaska 26 7.2.1 Material 26 7.2.2 Utförande och resultat 27 7.3 Försök med mesagrus/grönlutslam/elfilterstoft 30 7.3.1 Material 30 7.3.2 Utförande och resultat 31 8 Analys och slutsatser 34 8.1 Sammanställning av resultat 34 8.2 Krav inom olika användningsområden 36 8.3 Jämförelse och analys 42 8.4 Slutsatser 42 9 Vidare arbeten 43 10 Referenser 44 2

1 Förord Föreliggande rapport är en delrapport inom projektet System för ökad användning av alternativa material i mark och anläggningsbyggande, vilket också benämns AIS 32. Projektet finansieras av VINNOVA, NCC Construction Sverige AB, NCC Roads Sverige AB, Billerud Skärblacka AB, Componenta Alvesta AB, E Sabel AB, Lidköpings gjuteri AB, Rani Metall AB och SKF Mekan AB, vilka alla tackas för sina insatser. Arbetet utförs i samverkan mellan forskare på institutionen för geoteknik vid Chalmers tekniska högskola och avdelningen för byggnadsteknik och byggnadsmaterial på SP Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut och Gjuteriföreningen, samt de inblandade företagen. Projektet skall slutrapporteras till halvårsskiftet 2004, men resultat kommer fortlöpande att publiceras i en rapportserie för projektet. Rapporterna kommer att finnas tillgängliga på projektets hemsida www.ais32.ncc.se. Fältförsöken som beskrivs i föreliggande rapport utfördes under november 2001 - april 2002. Rapporten har utarbetats av Malin Gustafsson, Institutionen för geoteknik vid Chalmers tekniska högskola. Ett stort tack riktas till Ingemar Forsgren, som hjälpte till vid alla försöksstationerna, samt till Bo Gustavsson, Claes Berggren och Agne Johansson som hjälpte till vid försöksstation E Sabel, SKF Mekan respektive Skärblacka. 2 Inledning I Sverige används idag naturmaterial i stor utsträckning vid väg- och anläggningsbyggande. Ökande krav på hushållning med ändliga naturresurser och minskning av avfallsmängder medför att det är angeläget att finna alternativa användningsområden för restprodukter. Målet med projekt AIS 32, System för ökad användning av alternativa material i mark och anläggningsbyggande, är att skapa ett system för karakterisering av de tekniska och miljömässiga egenskaperna hos restprodukter samt hitta alternativa användningsområden. Därmed uppnås en enklare återanvändning av restprodukter inom mark- och anläggningssektorn. De tekniska kraven varierar mellan olika användningsområden. Intentionen i detta projekt är att studera användningsområden som fyllnadsmaterial, barriärer på deponier, gång- och cykelvägar samt underbyggnad till vägar. Materialen kommer att undersökas avseende geotekniska och miljömässiga egenskaper. Fokus kommer att riktas mot förbättring av materialegenskaper genom mekanisk bearbetning och inblandning av tillsatsmedel, samt studier av hur varierande hydraulisk konduktivitet (beroende på olika packningsgrad) är kopplad till den kemiska tillgängligheten. Fältförsök kommer att utföras tillsammans med berörda industripartners för att verifiera resultaten från laboratorieundersökningarna. 3

Inom projekt AIS 32 studeras ett antal olika industriella restprodukter, stenmjöl från bergtäktindustrin, gjuterisand samt aska från massaindustrin. Avsikten är att undersöka restprodukternas tekniska och miljömässiga egenskaper, både naturliga och förädlade, i såväl laboratorium som i fält. Inledande laboratorieförsök på restprodukterna har genomförts och redovisas i delrapport 1, AIS 32 (Gustafsson m fl, 2003). För att studera materialens hanterbarhet och tekniska egenskaper i stor skala valdes sex enskilda och en blandning av restprodukter ut för mindre fältförsök. De studerade restprodukterna samt blandningen av restprodukter benämns alla som material i föreliggande rapport. Försöken utfördes under november 2001 april 2002 på tre olika försöksstationer. I föreliggande rapport behandlas förutsättningar och resultat från de aktuella fältförsöken. I kapitel 1-4 beskrivs de gemensamma förutsättningarna för alla försök samt vilka försöksmetoder och mätutrustningar som användes. Därefter följer tre fristående kapitel (kapitel 5 7) där de tre försöksstationerna, försöksutförande och resultat från desamma redovisas. Slutligen behandlar kapitel 8 10 analys av resultaten, slutsatser samt ytterligare planerat arbete. 3 Syfte och mål Syftet med de aktuella fältförsöken har varit att studera materialens hanterbarhet och egenskaper i stor skala och jämföra med egenskaperna bestämda på laboratorium. Ett mål har varit att klassificera material med likartade egenskaper och därefter kunna göra en första gruppering av materialen. Det var också önskvärt att i fortsättningen arbeta vidare med ett färre antal material (ett från varje grupp), men kunna dra slutsatser även för övriga material inom gruppen. Ett annat mål har varit att dessa enkla försök skulle ge erfarenheter av materialens hanterbarhet, d v s hur man praktiskt och på mest lämpliga sätt skall lägga ut och packa materialen. Dessa erfarenheter skall också ligga till grund för planeringen av de större fältförsök, önskvärt inom verkliga anläggningsprojekt, som under år 2003 kommer att genomföras inom projektet. 4 Beskrivning av utförda fältförsök 4.1 Gemensamma förutsättningar Inom ramen för föreliggande projekt har inledande försök utförts i fält för 6 st olika material vid 3 st olika försöksstationer, E Sabel i Lidköping, SKF Mekan i Katrineholm och Billerud i Skärblacka. Vid alla försöksstationerna uppfördes och undersöktes provbankarna på likartat sätt. Provytornas storlek var 15 20 m 2 och på varje yta undersöktes mellan 10 och 22 st provpunkter. Provpunkterna var placerade i två linjer längs med provytan, se Figur 1. 4

X1 X2 X3 X4 Y1 Y2 Y3 Y4 0,9 m 0,9 m 0,9 m XN YN ca 1 m ca 1,5-2 m ca 1 m Figur 1 Provpunkternas placering på provbankarna. Provbankarna uppfördes i två lager om ca 15 20 cm, vilket efter packning innebar en total bankhöjd mellan ca 30 och ca 40 cm. Materialet lades ut med hjälp av en traktorgrävare alternativt hjullastare. Materialen packades med vibratorplatta, 200 kg eller 400 kg. Antalet överfarter med vibratorplatta varierade mellan 4 och 20, och de olika försöken utfördes till större delen efter 4, 8 respektive 16 överfarter. 4.2 Utläggnings-, packnings- och mätutrustning Oavsett om materialen ska användas som vägbyggnadsmaterial, barriär på deponi eller för landskapsmodellering, är packningsgraden av avgörande betydelse för dess egenskaper. Vid de utförda fältförsöken kontrollerades därför uppnådd densitet med hjälp av en volymeter och jämfördes med optimal densitet från Proctorpackning på laboratorium. Ett annat sätt att kontrollera effekten av olika packningsarbeten är att studera materialens bärighet, vilket i försöken gjordes med en lätt fallvikt av tysk typ samt penetrometer. Genom avvägning av provbankens yta efter olika antal överfarter kontrollerades också hur mycket materialet komprimerats. 4.2.1 Utläggning Traktorgrävare och hjullastare användes för utläggning av materialen. Med hjälp av skopan avjämnades ytan innan packningen påbörjades. Ett annat alternativ för utläggning hade varit att använda en väghyvel eller en asfaltläggare. Sannolikt hade ett jämnare resultat erhållits om de senare metoderna nyttjats vid utläggning. 5

4.2.2 Packning Forssblad (2000) beskriver en mängd olika metoder och maskiner för att packa jordoch stenfyllningar. Packning sker genom statiskt tryck, stöt eller vibrering. Vibratorplattor och vibratorvältar är exempel på packningsutrustning som packar genom vibrering. Slätvältar och gummihjulsvältar packar genom inverkan av statiskt tryck och fallviktspackning med kran är ett exempel på packning genom stötverkan. Grus och sand packas bäst genom vibrering och beroende på ytans storlek och tillgänglighet används vibrationsvält eller vibratorstamp. Generellt är det svårare att uppnå en hög packningsgrad med ett ensgraderat än med ett månggraderat jordmaterial, speciellt närmast fyllningens yta (ner till ca 10-15 cm djup). Vid packning i flera lager har det dock ingen betydelse, då detta material packas bättre när nästa lager påförs och packas (Forssblad, 2000). Svårigheten att packa ytlagret måste dock beaktas vid packningskontroll med volymeter, då den densitet som uppmäts vid ytan inte alltid är representativ för hela banken. För att öka bärigheten rekommenderar Johansson (2001) att dynamisk packning rutinmässigt avslutas med statisk packning på det sist påförda lagret. Vibratorplattor med vikter mellan 50 och 700 kg används huvudsakligen för packningsarbete på mindre ytor. Mindre typer av vibratorplattor är främst lämpliga för packning av sand och grus, medan de större typerna (400 700 kg) även är lämpliga för blandkorniga och finkorniga jordmaterial. I AnläggningsAMA 98; ATB VÄG 2002; Forssblad (2000) m fl finns största lagermäktighet efter packning och minsta antal överfarter specificerat för olika packningsredskap. I Tabell 1 redovisas största lagermäktighet för olika typer av jordmaterial, när packning sker med vibratorplattor i olika storlekar. Med hänsyn till materialens kornstorleksfördelning och bankhöjd valdes därför vibratorplattor med vikterna 200 respektive 400 kg för packning. Tabell 1 Fyllning och packning, med vibratorplatta, för väg, plan o d samt järnväg. Största lagermäktighet i m efter packning och minsta antal överfarter per lager vid packning (AnläggningsAMA 98). Vibratorplatta Materialtyp 2 Materialtyp 3B och 5A Materialtyp 4 Minsta antal överfarter min 100 kg 0,15 0,10-6 min 200 kg 0,20 0,15 0,10 6 min 400 kg 0,30 0,25 0,15 6 min 600 kg 0,40 0,30 0,20 6 Materialtyp 2: Materialtyp 3B: Materialtyp 4: Materialtyp 5A: Block- och stenjordarter, Grovkorniga jordarter, finjordshalt < 15 viktprocent, t ex grus, sand och grusig sand Blandkorniga jordarter med låg finjordshalt (0,06/60) 30 viktprocent, t ex siltig sand och siltigt grus Blandkorniga jordarter med hög finjordhalt (0,06/60) > 30 viktprocent, t ex siltig morän Finkorniga jordarter med hög lerhalt (0,02/0,06) > 40 viktprocent, t ex lera och lermorän Finkorniga jordarter med låg lerhalt (0,02/0,06) 40 viktprocent, t ex silt, lerig silt och siltig lera Vid sviktande undergrund, t ex kohesionsjord kan det vara svårt att uppnå en god packning med vibrationsvält. Statisk packning med t ex gummihjulsvält eller slätvält är ett alternativ vid finkornig jord, kohesionsjord. Eventuellt skulle dessa metoder 6

också fungera bra för material som innehåller stora eller små aggregat, då dessa utrustningar krossar aggregaten och på så sätt görs materialet mer homogent och därigenom erhålles en bättre packning. 4.2.3 Bärighet Lätt fallvikt kan användas för att få ett mått på bärigheten. Metoden är enkel och snabb, jämfört med t ex statiskt plattbelastningsförsök. I de aktuella fältförsöken användes en lätt fallvikt av tysk typ. Utrustningen består av en platta och en stav med en vikt, samt en mätdator, se Figur 2. Figur 2 Försök med Lätt fallvikt. Försöket går till enligt följande: 1. Plattan läggs på en plan yta och staven med vikten placeras vertikalt på plattan. 2. Jorden under plattan förbelastas tre gånger genom att lasten släpps från den bestämda fallhöjden ner mot plattan. 3. Testserien består av ytterligare tre belastningar. Med hjälp av en accelerometer beräknas ett värde på jordens vertikala deformation. Efter de tre belastningarna beräknas automatiskt en medelsättning (S m ) samt en dynamisk modul (E vd ) enligt ekvation 1. E vd 1,5 σ r = S m (1) σ = r = kontaktspänningen mellan platta och överbyggnadsmaterial, vilken antas vara 100 kpa (fallviktens massa 10 kg, fallhöjd 0,73 m och belastningstid 18±2 ms) plattans radie, vilken är 0,15 m 7

S m = medelsättningen i meter Vid insättning av de aktuella värdena på σ och r i ekvation 1 kan den förenklat skrivas som ekvation 2. E vd 22,5 = (2) S m Att beakta vid försök med den lätta fallvikten är att vikten måste fångas på uppstuds, eftersom jorden annars belastas ytterligare några gånger när vikten studsar. När försök upprepas efter olika antal överfarter bör plattan placeras på olika ställen varje gång, för att jorden inte ska vara belastad av det tidigare fallviktsförsöket. Under utförandet av de aktuella försöken registrerades vid några tillfällen orimliga värden på deformationen, t ex 9,99 mm. Det kan bl a bero på att det inte var perfekt anliggning mellan staven och plattan, t ex att det kommit sand emellan. En annan förklaring kan vara glappkontakt p g a att kontakten till mätdatorn inte var riktigt fäst vid bottenplattan eller brott på sladden. Statiskt plattbelastningsförsök är liksom det lätta fallviktsförsöket en metod för bestämning av underliggande jords kompressionsegenskaper, d v s sambandet mellan påförd last och erhållen deformation. Resultaten från ett statiskt plattbelastningsförsök redovisas i form av spännings-/deformationsdiagram, deformationsmodulerna vid första respektive andra belastningsfasen, E v1 och E v2, samt kvoten E v2 /E v1. Metoden ingår i ATB VÄG och för olika lager i vägkroppen ställs olika krav på modulerna. Det finns inga generella samband mellan deformationsmoduler erhållna med fallviktsmätare och statiskt plattbelastningsförsök. Forssblad (2000) har dock angivit sambandet E vd = 0,7 à 1,2 * E v2 som ett riktvärde för blandkorniga och finkorniga material. För grovkorniga material ger de lätta fallviktsmätarna en lägre deformationsmodul än statiska belastningsförsök och sambandet E vd 0,5 * E v2 kan nyttjas (Forssblad, 2000). I manualen till den tyska lätta fallvikten ges ett preliminärt samband mellan E vd och E v2 enligt Tabell 2 (Maschinen- und Prüfgerätebau GmbH). Fallviktsdeflektometer och yttäckande packningskontroll m h a en vältmonterad packningsmätare är två andra metoder för att bedöma det packade materialets deformationsegenskaper (Johansson, 2001; Arm, 2000 & Forssblad, 2000). 8

Tabell 2 Samband mellan E vd och E v2 (Maschinen- und Prüfgerätebau GmbH). E vd (MPa) E v2 (MPa) 80 180 70 150 55 120 45 100 40 80 30 60 25 45 15 20 För att erhålla ett mått på den ytliga bärigheten hos materialen i de aktuella fältförsöken användes en penetrometer. Penetrometern består av en cylindrisk platta, som kan väljas olika stor beroende av jordart. Plattan fästes på en graderad stav med en fjäder samt ett handtag. Försöken går till så att plattan placeras på jordytan varefter man med handkraft trycker staven neråt till dess att bärighetsbrott uppstår, se Figur 3. Figur 3 Penetrometerförsök. Penetrometerns fjäderkonstant är tidigare utvärderad och varje skalstreck på penetrometern motsvarar en kraft på 10 N (Johansson & Jons, 1995). För att erhålla 9

ett mått på jordens bärigheten divideras den kraft, vid vilken bärighetsbrott uppstår, med penetrometerplattans area enligt ekvation 3. q = bärighet (Pa) F = tryckkraft vid brott (N) A = penetrometerplattans area (m 2 ) F q = (3) A För att erhålla relevanta och jämförbara värden med penetrometern är det viktigt att staven hålls vertikalt och att belastningen sker likartat vid varje försök. Om penetrometerförsök görs i samband med lätta fallviktsförsök bör de göras i olika provpunkter för att jorden inte ska vara påverkad av fallvikten där den ytliga bärigheten kontrolleras. I inhomogena material måste en stor mängd försök genomföras för att erhålla ett statistiskt representativt medelvärde på bärigheten. Det bör också beaktas att det är en ytlig bärighet som mäts med hjälp av penetrometern. Brottet blir oftast bara någon centimeter djupt. Att beräkna bärigheten för provbanken utifrån penetrometerförsök är därför osäkert och värdena kan enbart användas för en kvalitativ jämförelse av den ytliga bärigheten efter olika packningsarbete. En uppskattning av jordens skjuvhållfasthet kan göras m h a allmänna bärighetsekvationen, men enligt ovanstående resonemang bör det göras med stor försiktighet. 4.2.4 Densitet/Packningsgrad För att bestämma densiteten och beräkna packningsgraden hos de packade materialen användes en volymeter, se Figur 4. Försöket sker genom att plattan läggs på en plan yta och nivån avvägs i 10 punkter. Därefter trycks cylindern ner i det packade materialet. Materialet inuti cylindern grävs ut med en skopa och den nya ytan avjämnas, varefter nivån återigen avvägs i 10 punkter. Det urgrävda materialet tas till laboratorium för vägning och bestämning av vattenkvot. Därefter kan ytans skrymdensitet samt torrdensitet beräknas. Den i fält uppnådda torrdensiteten jämförs med maximal torrdensitet bestämd m h a Proctorpackning i laboratorium och aktuell packningsgrad kan beräknas. I normer för väg- och anläggningsbyggande, t ex ATB VÄG 2002 och AnläggningsAMA 98, ställs krav på att den erhållna packningsgraden ska vara ca 90-95 %. Volymetern ger bäst resultat i finkorniga material, då ytan kan göras jämn och därmed kan en god bestämning av volymen ske. Att bestämma densiteten med volymeter är relativt tidskrävande och därför utfördes endast ett fåtal försök per yta och lager. 10

Figur 4 Cylindervolymeter. Ett annat sätt att bestämma densitet i fält är att använda en isotopmätare (t ex Troxler). Förutom densiteten, som bestäms genom strålning som passerar materialet, bestäms också materialets vattenkvot närmast markytan (Forssblad, 2000; Vägverket, 1993). Isotopmätaren är anpassad för naturmaterial, men då många restprodukter (t ex gjuterisand) till stor del består av naturliga material, torde metoden fungera väl även för dessa material. Metoden är enkel och snabb, vilket gör att många mätningar kan göras på kort tid och därmed erhålls ett statistiskt gott underlag, även för ett inhomogent material. Isotopmätaren anses vara tillförlitlig ner till en torrdensitet runt 1 g/cm 3 (Hermelin, 2002). Detta innebär att metodens tillförlitlighet för restprodukter med låg densitet (t ex aska och slam) är något osäker, och densiteten uppmätt med isotopmätare bör därför verifieras med volymeterförsök. Organiskt material kan orsaka störningar vid vattenkvotsbestämningen, eftersom denna görs genom att mäta mängden väteatomer per volymenhet, och det är därför lämpligt att ta stickprov för kontroll av vattenkvoten på laboratorium (Hermelin, 2002). Radar GPR är ett annat alternativ för densitetsbestämning. Denna metod ger god noggrannhet vid vattenkvotsbestämning och bestämning av lagergränser (Lenngren, 2001). 5 Försöksstation E Sabel, Lidköping 5.1 Inledning Vid försöksstation E Sabel i Lidköping planerades tre försöksbankar med gjuterisand, furansand 1 och 2 samt vattenglassand 1. Dock utförde endast två provytor då furansand 2 innehöll alltför stora och hårda aggregat, se kapitel 5.4. Försöksområdet vid E Sabel var tidigare en sjö, vilken numera är uppfylld med cementsandformar och vattenglassand 1. Mäktigheten av fyllningen är ca 1,5-2 m och underlagras av sjösand. Försöken utfördes på en plan yta, som ej nyttjas för annan verksamhet. 11

5.2 Försök med furansand 1 5.2.1 Material Även furansand 1 innehöll aggregat, men dessa var betydligt mindre än aggregaten i furansand 2, varför försök med denna sand var möjlig. 5.2.2 Utförande och resultat På ett område, ca 3,5 x 4 m 2, lades furansand 1 ut med grävskopa och avjämnades, varefter banken packades med 200 kg vibratorplatta, se Figur 5 och Figur 6. Mätpunkternas placering på försöksbanken redovisas i Figur 1. I Tabell 3 återfinns en sammanställning av alla resultat från försöken på furansand 1. Värdena som anges i tabellen är medelvärden och resultatens spridning redovisas inom parentes. Figur 5 Utläggning av furansand 1. Figur 6 Packning av furansand 1 med vibratorplatta. 12

Tabell 3 Sammanställning av resultat för furansand 1. Mäktighet (cm) Vattenkvot w (%) Torrdensitet ρ d (g/cm 3 ) Packningsgrad R d (%) Modul E vd (MPa) Lager 1 4 överfarter 15 (13 17) - - 24 (19 29) 8 överfarter 15 (12 17) 6 (5,5 6,7) 1,63 1,67 ~ 100 21 (16 25) Lager 2 8 överfarter 30 (26 36) 6-7 1,55 1,59 95 98 31 (27 34) Efter 4 överfarter med vibratorplattan bestämdes mäktigheten för lager 1 till ca 15 cm och efter ytterligare 4 överfarter (totalt 8 överfarter) hade lagret endast kompakterats 0 0,5 cm ytterligare. Lager 2 packades med 8 överfarter direkt, vilket resulterade i en lagermäktighet på ca 15 cm och därmed en total bankhöjd på ca 30 cm efter packning, se Figur 7. Den relativt stora spridningen i lagermäktighet (ca 10 cm för lager 2) beror sannolikt på svårigheten att fördela materialet jämnt över ytan med grävaren. En annan orsak är aggregaten som medför en ojämn packning och därmed ojämn överyta. Mäktighet (m) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 Lager 1 Lager 2 Mätpunkt X1 X2 X3 X4 Y2 Y3 Y4 Y5 0.0 0 4 8 12 16 20 Antal överfarter med 200 kg vibratorplatta Figur 7 Furansand 1. Bankmäktighet uppmätt på lager 1 efter 4 respektive 8 överfarter och lager 2 efter 8 överfarter med 200 kg vibratorplatta. Den dynamiskt bestämda modulen E vd låg, för lager 1 efter såväl 4 som 8 överfarter, mellan 19 och 29 MPa, med ett medelvärde runt 23 MPa. Resultaten från de lätta fallviktsförsöken redovisas i Figur 8. Den relativt stora spridningen av värdena beror på att materialet är inhomogent. Olika värden på modulen erhölls beroende på om det låg hårda aggregat eller sand under fallviktsplattan. Vid några tillfällen varierade värdena mycket inom samma mätserie och provpunkt, vilket skulle kunna bero på aggregat som krossas till lös sand och som vid nästa belastning packas till igen. Den dynamiska modulen, bestämd på lager 2 efter 8 överfarter, var något högre och varierade mellan 27 MPa och 34 MPa, med ett medelvärde runt 30 MPa, vilket var något högre än för lager 1. En förklaring skulle kunna vara att mätningarna på lager 1 13

påverkades negativt av undergrunden, som kanske inte var optimalt packad från början. Eventuellt kan också kallare väder och snöblandat regn ha påverkat materialet och/eller mätningarna. Deformationsmodul (E vd ) (MPa) 50 40 30 20 10 0 Lager 1 Lager 2 Mätpunkt X2 X3 X4 Y2 Y3 Y4 0 4 8 12 16 20 Antal överfarter med 200 kg vibratorplatta Figur 8 Furansand 1. Deformationsmodul bestämd med lätt fallvikt på lager 1 efter 4 respektive 8 överfarter och lager 2 efter 8 överfarter med 200 kg vibratorplatta. Skrymdensiteten bestämdes, för både lager 1 och lager 2, till mellan 1,66 g/cm 3 och 1,76 g/cm 3. Noteras ska dock att aggregaten i sanden komplicerar försöket, se Figur 9, vilket medför en viss osäkerhet i densitetsbestämningen. Volymetern är lämpligast för finkorniga material där ytorna kan göras plana. I det aktuella fallet var ytan ojämn och volymsbestämningen är därmed mer osäker. Vattenkvoten bestämdes i laboratorium till ca 6 %, varefter torrdensiteten beräknades till 1,55 1,67 g/cm 3. Jämfört med optimal torrdensitet bestämd med Proctorpackning på laboratorium, som är ca 1,65 g/cm 3, har en mycket hög packningsgrad (94-100 %) uppnåtts. Figur 9 Volymeterförsök på furansand 1 innehållande aggregat. Penetrometerförsök resulterade i en medelbärighet på drygt 300 kpa för lager 1 och ca 400 kpa för lager 2. En stor spridning i mätvärdena noterades (mätvärdena varierar mellan 200 och 800 kpa), vilket troligtvis beror på om penetrometerplattan 14

placerats på ett aggregat eller sand. Drygt 75 % av alla mätvärden (lager 1 och 2) ligger dock mellan 200 och 400 kpa. Penetrometern är bäst för en relativ jämförelse och de beräknade bärighetsvärden bör behandlas med försiktighet. I inhomogena material måste många penetrometerförsök genomföras för att få ett statistiskt bra medelvärde. 5.3 Försök med vattenglassand 1 5.3.1 Material Vattenglassand 1 innehöll betydligt färre, mindre och mer lättkrossade klumpar än furansand1, se Figur 10. Figur 10 Utläggning av vattenglassand 1. 5.3.2 Utförande och resultat En liknande provbank som tidigare beskrivits lades upp, men den gjordes dock något längre (ca 3,5 x 6 m 2 ) för att lättare kunna packa materialet bättre. 14 st försökspunkter uppdelade längs två linjer undersöktes, se Figur 1 och Figur 11. Även i detta försök lades sanden ut i två lager om ca 20 25 cm. Alla resultat från försöken på material A2 finns sammanställda i Tabell 4. Värdena som anges i tabellen är medelvärden och resultatens spridning redovisas inom parentes. 15

Tabell 4 Sammanställning av resultat för vattenglassand 1. Mäktighet (cm) Vattenkvot w (%) Torrdensitet ρ d (g/cm 3 ) Packningsgrad R d (%) Modul E vd (MPa) Lager 1 4 överfarter 24,5 (21 30) - - - 13 (11 16) 8 överfarter 24 (20 29) - - - 15 (11 17) 16 överfarter 23 (19,5-28) 8-10 1,53 1,54 94-95 16 (14 20) Lager 2 12 överfarter 40 (36 44) 8 1,54 1,59 95-98 28 (21 41) Figur 11 Provbank med försökspunkter för vattenglassand 1. Efter de första 4 överfarterna avvägdes ytan och lagermäktigheten låg runt 25 cm. Ytterligare 4 överfarter medförde att lagret kompakterades i genomsnitt 0,5 till 1 cm. Även de sista 8 överfarterna (totalt 16 överfarter) resulterade i ytterligare en knapp centimeters kompaktering. Lagermäktigheten efter 4, 8 respektive 16 överfarter redovisas i Figur 12. Lager 2 packades med 12 överfarter direkt, eftersom packningen av lager 1 visat att erforderligt antal överfarter låg mellan 8 och 16. Mäktigheten av lager 2 varierade mellan 12 och 20 cm, med ett medelvärde av ca 17 cm, d v s totalt hade en ca 40 cm hög provbank konstruerats, se Figur 12. 16

Mäktighet (m) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 Lager 1 Lager 2 Mätpunkt X2 X3 X4 X5 X6 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 0 4 8 12 16 20 Antal överfarter med 200 kg vibratorplatta Figur 12 Vattenglassand 1. Bankmäktighet uppmätt på lager 1 efter 4, 8 respektive 16 överfarter och lager 2 efter 12 överfarter med 200 kg vibratorplatta. Lätt fallvikt gav en modul runt 12 MPa för lager 1 efter fyra överfarter, och efter åtta överfarter hade modulen ökat till ca 16 MPa. Ytterligare åtta överfarter, d v s totalt sexton överfarter, gav dock ingen höjning av modulen, vilken fortfarande låg kring 16 MPa, se Figur 13. Modulen bestämd för lager 2 var betydligt högre än vad som erhållits för lager 1. E vd varierade mellan 20 och 40 MPa, med ett medelvärde strax under 30 MPa. Även i detta försök skulle de högre värdena på modulen för lager 2 kunna bero på att undergrunden påverkade mätningarna på det första lagret negativt för att undergrunden inte var optimalt packad. Deformationsmodul (E vd ) (MPa) 50 40 30 20 10 0 Lager 1 Lager 2 Mätpunkt X2 X3 X4 X5 X6 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 0 4 8 12 16 20 Antal överfarter med 200 kg vibratorplatta Figur 13 Vattenglassand 1. Deformationsmodul bestämd med lätt fallvikt på lager 1 efter 4, 8 respektive 16 överfarter samt lager 2 efter 12 överfarter med 200 kg vibratorplatta. Den ytliga bärigheten bestämdes med penetrometer och ca 75 % av samtliga mätvärden (lager 1 och 2 efter 4, 8, 16 respektive 12 överfarter) låg mellan 200 och 400 kpa. För lager 1 kunde eventuellt en trend skönjas, att något högre mätvärden erhölls efter 16 överfarter, jämfört med efter 4 och 8 överfarter, men spridningen i mätvärdena är för stor för att dra någon slutsats av detta. Medelvärdet för lager 2 var 17

något lägre än för lager 1, men även detta är osäkert. Det snöade under packningen av lager 2, se Figur 14, och för att minimera inverkan av inpackad snö så skrapades den översta centimetern bort innan försöken utfördes. Detta kan möjligen ha medfört att en sämre packad och något uppluckrad yta gav lägre värden på bärighet bestämd med penetrometer, eftersom det är en ytlig bärighet över en mycket liten yta som mäts. Skrymdensiteten låg, för båda lagren, på knappt 1,70 g/cm 3 och vattenkvoten varierade mellan 8 och 10 %, vilket medförde en torrdensitet på 1,53 1,59 g/cm 3. Detta motsvarar en packningsgrad av 94-98 %, då optimal torrdensitet bestämd med modifierad Proctorpackning på laboratorium är ca 1,62 g/cm 3. Figur 14 Packning av vattenglassand 1, lager 2, med vibratorplatta. 5.4 Försök med furansand 2 5.4.1 Material Furansand 2 visade sig vara omöjligt att packa till en provbank i den planerade skalan (bankhöjd ca 0,5 m). Sanden bestod främst av aggregat i storleksordningen 0,5 1 m, se Figur 15. Försök gjordes att slå sönder aggregaten med grävskopan, men utan framgång. I högen med sandaggregat låg också en hel del skrot. För att göra denna sand praktiskt användbar rekommenderas att: Metallskrotet separeras från sanden. Sandklumparna krossas i en krossanläggning till storlek 0 200 mm, för att sedan packas med tyngre vibratorstamp alternativt vält i högre fyllningar. Ett alternativ är att packa materialet med fallvikt från kran, då aggregaten skulle krossas. Denna metod är dock mycket kostsam. 18

Figur 15 Furansand 2. 6 Försöksstation SKF Mekan, Katrineholm 6.1 Inledning På försöksstation SKF Mekan packades försöksytor med resolsand och bentonitsand 1. Försöken gjordes på en gammal banvall, d v s undergrunden bestod av bankfyllnad och slipers, med en yttäckning av singel. Fram till 1996 användes järnvägen för transport av tackjärn och skrot till gjuteriet. Idag används inte ytan, utom för tillfällig uppställning av t ex maskiner. Längs ena långsidan av banvallen, d v s det som också blev försöksytans långsida, löper en mur. Eventuellt kan muren ha påverkat packningen, så att materialet närmast muren blev bättre packat än på bankens andra sida, där materialet lades i slänt ner mot en asfaltsyta. Packningen av dessa två provbankar utfördes med en tyngre padda än tidigare, 400 kg, främst p g a finkornigare material, se Tabell 1. Innan bentonitsand 1 lades ut packades undergrunden med vibratorplattan, samt avvägdes. Därefter bestämdes undergrundens modul. E vd låg mellan 28 och 42 MPa, med ett medelvärde runt 35 MPa. Även undergrunden under resolsandsbanken packades, avvägdes och modulbestämdes. För denna yta varierade modulen mer och värden mellan 28 och 74 MPa uppmättes. Medelvärdet för E vd låg runt 50 MPa, d v s något högre än för bentonitsandsytan. 6.2 Försök med resolsand 6.2.1 Material Resolsanden innehöll en del aggregat, vilka dock kunde krossas med hjälp av skopan till en mindre och mer hanterbar storlek, se Figur 16. 19

Figur 16 Resolsand efter krossning med skopa. För bankfyllnadsmaterial maximeras i många fall den största tillåtna stenstorleken till 1/2 eller 2/3 av lagermäktigheten (ATB VÄG 2002; Forssblad, 2000). Samma restriktion är troligtvis lämplig även för sandaggregat. För att aggregatens inverkan på mätresultaten skulle minimeras ökades därför lagermäktigheten för denna sand, jämfört med övriga provbankar, och enbart ett mäktigare lager (ca 30 cm) lades upp och packades, se Figur 17. Figur 17 Utläggning av resolsand. 6.2.2 Utförande och resultat Efter utläggning packades sanden med totalt 16 överfarter och försök gjordes efter 4, 8 respektive 16 överfarter. Avvägning visade att bankens höjd minskade något med antalet överfarter, se Figur 17. Till viss del beror detta på att materialet packas samman till en kompaktare struktur, men då sanden var relativt torr pressades den 20

också åt sidorna av vibratorplattan. Aggregaten kan också ha krossats ytterligare. Total bankhöjd var ca 30 cm efter avslutat packningsarbete. Mätpunkternas placering på provbanken redovisas i Figur 1. Samtliga mätresultat från försöket med resolsand finns sammanställda i Tabell 5. Värdena som anges i tabellen är medelvärden och resultatens spridning redovisas inom parentes. Tabell 5. Sammanställning av resultat för resolsand. Mäktighet (cm) Vattenkvot w (%) Torrdensitet ρ d (g/cm 3 ) Packningsgrad R d (%) Modul E vd (MPa) Lager 1 4 överfarter 32,5 (27,5-36) - - - 24 (20-28) 8 överfarter 32 (27-35,5) - - - 28 (23-34) 16 överfarter 29 (24,5-30,5) 0-1 1,43-1,52 88-94 29 (21-36) Mäktighet (m) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 Mätpunkt X2 X3 X4 X5 X6 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 0 4 8 12 16 20 Antal överfarter med 400 kg vibratorplatta Figur 18 Resolsand. Bankmäktighet uppmätt efter 4, 8 respektive 16 överfarter med 400 kg vibratorplatta. Torrdensiteten bestämd med volymeter i två punkter var 1,43 g/cm 3 respektive 1,52 g/cm 3. Den optimala torrdensiteten för resolsanden ligger runt 1,62 g/cm 3 för en vattenkvot mellan 7 och 17 %. Detta innebär att en packningsgrad mellan 89 % och 95 % erhölls i fält. Vattenkvoten vid packningen i fält var knappt 1 %, d v s i princip torr sand. Modulens medelvärde låg efter 4 överfarter på ca 24 MPa, efter 8 överfarter kring 28 MPa och efter 16 överfarter hade medelvärdet stigit till nästan 30 MPa, se Figur 19. Spridningen var dock relativt stor och värden mellan 21 och 36 MPa uppmättes. Detta beror på att materialet är inhomogent och därmed erhölls väldigt varierande modulvärden beroende på om det låg aggregat eller sand under den lätta fallviktsplattan. I Figur 20 visas den Lätta fallvikten på resolsandsbanken. 21

Deformationsmodul (E vd ) (MPa) 50 40 30 20 10 0 Mätpunkt X2 X3 X4 X5 X6 Y2 Y3 Y4 Y5 Figur 19 0 4 8 12 16 20 Antal överfarter med 400 kg vibratorplatta Resolsand. Deformationsmodul bestämd med lätt fallvikt efter 4, 8 respektive 16 överfarter med 400 kg vibratorplatta. På den färdiga resolsandsbanken utfördes 18 mätserier med den lätta fallvikten i en provpunkt, för att se om, när och på vilken nivå ett konstant värde på modulen erhålls. Sanden packas samman ytterligare av fallvikten och efter ett visst antal belastningar uppnåddes optimal packning och ett konstant värde på modulen erhölls. Resultaten från försöken redovisas i Figur 21. Under de sju första mätserierna ökade modulen från 25 till 50 MPa. I de följande 11 mätserierna varierade modulen mellan 40 och 67 MPa, med ett medelvärde på ca 50 MPa, vilket bedöms vara den maximala modulen under de aktuella packningsförhållandena. Figur 20 Lätt fallvikt på resolsandsyta. 22

80 70 Deformationsmodul (E vd ) (MPa) 60 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 Figur 21 Mätserie Lätt fallvikt, 18 mätserier i samma provpunkt på färdig resolsandsbank. Då resolsanden, liksom bentonitsand 1, hade en mycket låg vattenkvot blev bankens yta lös och därför erhölls inte heller för resolsanden något mått på bärigheten med hjälp av penetrometern. 6.3 Försök med bentonitsand 1 6.3.1 Material Av praktiska skäl användes enbart material (bentonitsand 1) från stoftfickan (ca 82 % av den totala bentonitsandmängden). Denna sand har generellt en lägre bentonithalt (ca 4,5 %) jämfört med sanden från säckarna ( big-bags, 12-20 % aktiv bentonit). Sex stickprov togs från sanden i försöksbanken, på olika ställen och olika djup, och analyserades med avseende på aktiv bentonithalt, hos SKF Mekan. Analysen visade att den aktiva bentonithalten låg mellan 3,4 % och 5,5 %. Bentonitsand 1 är mycket finkornig och vid det aktuella fältförsöket var sanden i princip torr, vilket medförde att den dammade mycket vid hantering och packning, se Figur 22. 23

Figur 22 Utläggning av bentonitsand 1. 6.3.2 Utförande och resultat Banken uppfördes i två lager, varav det första packades med totalt 8 överfarter. Ytan avvägdes och E vd bestämdes efter 4 respektive 8 överfarter. Lager två packades med 10 överfarter dag 1, varefter ytan avvägdes och densitet samt modul bestämdes. Dag 2 packades ytan med ytterligare 10 överfarter, d v s totalt 20 överfarter, och modul respektive skrymdensitet bestämdes. Banken var efter packning knappt 30 cm hög och lager 1 och lager 2 var ungefär lika mäktiga, d v s knappt 15 cm, se Figur 23. Mätpunkternas placering på provbanken redovisas i Figur 1. I Tabell 6 återfinns en sammanställning av samtliga resultat från försöket med bentonitsand 1. Värdena som anges i tabellen är medelvärden och resultatens spridning redovisas inom parentes. Tabell 6. Sammanställning av resultat för bentonitsand 1. Mäktighet (cm) Vattenkvot w (%) Torrdensitet ρ d (g/cm 3 ) Packningsgrad R d (%) Modul E vd (MPa) Lager 1 4 överfarter 12 (7-16) - - - 15 (14-17) 8 överfarter 13 (8,5-16,5) ca 1 1,53-1,56 88-90 17 (14-21) Lager 2 10 överfarter 27 (21-31) ca 1,5 1,54-1,57 89-90 17 (15-20) 20 överfarter - 1-1,5 1,55 89 15 (13-17) 24

Mäktighet (m) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 Lager 1 Lager 2 0 4 8 12 16 20 Antal överfarter med 400 kg vibratorplatta Mätpunkt X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Figur 23 Bentonitsand 1. Bankmäktighet uppmätt på lager 1 efter 4 respektive 8 överfarter och lager 2 efter 10 överfarter med 400 kg vibratorplatta. Skrymdensiteten för den packade bentonitsanden bestämdes för båda lagren och låg mellan 1,55 och 1,59 g/cm 3. Vattenkvoten bestämdes på laboratorium till ca 1 %, varefter torrdensiteten beräknades till 1,53 1,57 g/cm 3. Den maximala torrdensiteten bestämd med modifierad Proctorpackning på laboratorium är ca 1,74 g/cm 3. Jämfört med detta värde uppnåddes i fält en packningsgrad på 88 90 %. För att uppnå optimal packning bör bentonitsandens vattenkvot ökas till mellan 10 och 15 %, enligt Proctorpackningskurvan. En högre vattenkvot skulle också minska damningen. Modulbestämning med lätt fallvikt gjordes på lager 1 efter 4 respektive 8 överfarter och på lager 2 efter 10 respektive 20 överfarter. Försöken visade att oavsett lager och antal överfarter så låg den dynamiskt bestämda modulen mellan 13 och 20 MPa, med de flesta värdena mellan 15 och 17 MPa. Att samma deformationsmoduler erhölls för båda lagren beror troligtvis på att undergrunden var hårt packad, med avsevärt högre värden på E vd (se avsnitt 6.1), vilket innebar att en god packning kunde uppnås redan för lager 1. 25

Deformationsmodul (E vd ) (MPa) 50 40 30 20 10 0 Lager 1 Lager 2 Mätpunkt X1 X2 X3 X4 X5 X6 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 0 4 8 12 16 20 Antal överfarter med 400 kg vibratorplatta Figur 24 Bentonitsand 1. Deformationsmodul bestämd med lätt fallvikt på lager 1 efter 4 respektive 8 överfarter och lager 2 efter 10 respektive 20 överfarter med 400 kg vibratorstamp. Försök att bestämma lagrens bärighet med penetrometer gjordes. Den torra sanden resulterade dock i en mycket lös yta och penetrometern gav således inget representativt utslag. 7 Försöksstation Billerud Skärblacka 7.1 Inledning På försöksstation Billerud Skärblacka utfördes fältförsök på bottenaska och en blandning av tre restprodukter, mesagrus, grönlutslam och elfilterstoft, från samma process. Försöksbankarna uppfördes på en relativt plan del av industrins egna deponi och undergrunden bestod av bottenaska varvat med mesagrus/grönlutslam/elfilterstoft ner till ca 8 10 m djup. Med fallvikten bestämdes undergrundens modul till ca 8 MPa (6 10 MPa). Försök gjordes både efter 1 respektive 4 överfarter, men ingen skillnad erhölls. 7.2 Försök med bottenaska 7.2.1 Material Bottenaskan innehöll en hel del organiskt material (träbitar mm), se Figur 25, och enligt uppgift från Skärblacka Billerud är den organiska halten högre än 10 %. Vidare hade bottenaskan en hög naturlig vattenkvot, ca 54 62 %. Optimal vattenkvot från Proctorpackning på laboratorium är ca 15-20 %. 26

Figur 25 Bottenaska. 7.2.2 Utförande och resultat Bottenaska lades upp i två lager, vilka packades med 8 (4+4) respektive 16 (8+8) överfarter. Mätpunkternas placering på provbanken redovisas i Figur 1. Bankens totala mäktighet efter packning var knappt 30 cm. Alla resultat från försöken på bottenaskan finns sammanställda i Tabell 7. Värdena som anges i tabellen är medelvärden och resultatens spridning redovisas inom parentes. Tabell 7 Sammanställning av resultat för bottenaska. Mäktighet (cm) Vattenkvot w (%) Torrdensitet ρ d (g/cm 3 ) Packningsgrad R d (%) Modul E vd (MPa) Lager 1 4 överfarter 17,5 (12,5-20,5) - - 5 (5-6) 8 överfarter 17 (12,5-19) 55-60 0,84 86 6 (5-7) Lager 2 8 överfarter 28 (24,5-30) - - 5 (5-6) 16 överfarter 27,5 (23,5-29,5) 54-69 0,73-0,83 74-85 6 (5-8) 27

Figur 26 Utläggning av bottenaska. Mäktighet (m) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 Lager 1 Lager 2 0 4 8 12 16 20 Antal överfarter med 200 kg vibratorplatta Mätpunkt X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9 Figur 27 Bottenaska. Bankmäktighet uppmätt på lager 1 efter 4 respektive 8 överfarter och lager 2 efter 8 respektive 16 överfarter med 200 kg vibratorplatta. Försök med den lätta fallvikten visade att modulen låg mellan 5 och 7 MPa, oavsett lager och antal överfarter, se Figur 28. 28

Deformationsmodul (E vd ) (MPa) 50 40 30 20 10 0 Lager 1 Lager 2 0 4 8 12 16 20 Antal överfarter med 200 kg vibratorplatta Mätpunkt X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Figur 28 Bottenaska. Deformationsmodul bestämd med lätt fallvikt på lager 1 efter 4 respektive 8 överfarter och lager 2 efter 8 respektive 16 överfarter med 200 kg vibratorplatta. Torrdensiteten som uppnåddes efter packning låg mellan 0,73 och 0,84 g/cm 3, vilket motsvarar en packningsgrad på 74-86 %. En anledning till den relativt låga packningsgraden är askans höga vattenkvot, ca 55 70 % (optimal vattenkvot från Proctorpackning är ca 15-20 %). Om askan hade urvattnats mekaniskt eller fått ligga ute och torka ett tag hade sannolikt en något bättre packning kunnat erhållas. En annan anledning skulle kunna vara att den något sviktande undergrunden kan ha inverkat negativt på packningen. Även för bottenaskan var det svårt att ta ut en bestämd volym material, eftersom materialet innehöll relativt stora träbitar, vilket syns i Figur 29. Figur 29 Volymeterförsök på bottenaska med stor träbit. 29

Figur 30 Färdig bank av bottenaska. I bakgrunden syns en hög med bottenaska. Försök gjordes att bestämma ytans bärighet med hjälp av penetrometern, men det gick inte då askan endast deformerades under belastningsplattan (även då den minsta möjliga penetrometerplattan användes), d v s inget brott erhölls. Bottenaskans inhomogenitet försvårade också bärighetsbestämningen. 7.3 Försök med mesagrus/grönlutslam/elfilterstoft 7.3.1 Material Från pappers- och massabruket körs denna blandning av restprodukter till den egna deponin två gånger per vecka. Restprodukterna blandas med grävskopa för att få ett mer hanterbart material, innan det transporteras iväg och läggs ut på deponin. Blandningen består av både friktions- och kohesionsmaterial och är, beroende på blandningen, mer eller mindre inhomogen, se Figur 31. Till den aktuella försöksytan användes material som legat ute på deponin i ca 3 dygn. Vattenkvoten för detta material låg då mellan 51 och 59 %. Färskare material innebär en alltför hög vattenkvot för att det ska vara praktiskt hanterbart. 30

Figur 31 Blandning av mesagrus, grönlutslam och elfilterstoft. 7.3.2 Utförande och resultat På samma sätt som för bottenaskan lades mesagrus/grönlutslam/elfilterstoft upp i två lager, vilka packades med 8 (4+4) respektive 16 (8+8) överfarter. Bankens totala höjd efter packning var drygt 30 cm. Mätpunkternas placering på provbanken redovisas i Figur 1. Alla resultat från försöken på mesagrus/grönlutslam/elfilterstoft finns sammanställda i Tabell 8. Värdena som anges i tabellen är medelvärden och resultatens spridning redovisas inom parentes. Tabell 8 Sammanställning av resultat för mesagrus/grönlutslam/elfilterstoft. Mäktighet (cm) Vattenkvot w (%) Torrdensitet ρ d (g/cm 3 ) Packningsgrad R d (%) Modul E vd (MPa) Lager 1 4 överfarter 18 (14,5-22,5) - - 6 (5-8) 8 överfarter 17 (13,5-21) 51-59 0,72-0,81 ~ 60-70 6 (5-7) Lager 2 8 överfarter 31,5 (28-35,5) - - 5 (4-5) 16 överfarter 31,5 (28,5-35,5) 55-57 0,77 ~ 60-70 5 (5-6) 31

Mäktighet (m) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 Lager 1 Lager 2 0 4 8 12 16 20 Antal överfarter med 200 kg vibratorplatta Mätpunkt X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9 Y10 Y11 Figur 32 Mesagrus/grönlutslam/elfilterstoft. Bankmäktighet uppmätt på lager 1 efter 4 respektive 8 överfarter och lager 2 efter 8 respektive 16 överfarter. Figur 33 Utläggning av mesagrus/grönlutslam/elfilterstoft. När det gäller modulen bestämd med lätt fallvikt erhölls likartat resultat som för bottenaskan, nämligen att oavsett lager och antal överfarter låg modulen runt 5 7 MPa. Alla fallviktsförsöken finns redovisade i Figur 34. 32

Deformationsmodul (E vd ) (MPa) 50 40 30 20 10 0 Lager 1 Lager 2 0 4 8 12 16 20 Antal överfarter med 200 kg vibratorplatta Mätpunkt X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Figur 34 Mesagrus/grönlutslam/elfilterstoft. Deformationsmodul bestämd med lätt fallvikt på lager 1 efter 4 respektive 8 överfarter och lager 2 efter 8 respektive 16 överfarter med 200 kg vibratorplatta. Torrdensiteten bestämd med volymeter var 0,72 0,81 g/cm 3. Ingen Proctorpackning har utförts på laboratorium för denna blandning, men med ledning av de ingående restprodukternas packningsegenskaper (Pousette & Mácsik, 2000) uppskattas packningsgraden ligga mellan 60 och 70 %. Figur 35 Lager 2 med mesagrus/grönlutslam/elfilterstoft före packning. Inte heller för mesagrus/grönlutslam/elfilterstoft gick bärigheten att bestämma med penetrometer, då något brott inte uppstod. Materialet är i varierande grad inhomogent, beroende på hur väl blandat det är. Bärigheten varierar därmed också med dominerande material. 33

8 Analys och slutsatser 8.1 Sammanställning av resultat En sammanställning av alla mätresultat för samtliga material undersökta i fält återfinns i Tabell 9. Vidare redovisas i Tabell 10 resultat från utförda laboratorieundersökningar på materialen (Gustafsson m fl, 2003). Tabell 9 Sammanställning av geotekniska egenskaper bestämda i fält för furansand 1, vattenglassand 1, resolsand, bentonitsand 1, bottenaska och mesagrus/grönlutslam/elfilterstoft. Parameter Material Furansand 1 Vattenglassand 1 Resolsand Bentonitsand 1 Bottenaska Mesagrus/grönlutslam/elfilterstoft Torrdensitet (g/cm 3 ) 1,55 1,67 1,53 1,59 1,52 1,53 1,57 0,73 0,84 0,72 0,81 Vattenkvot (%) 6-7 8-10 ca 1 ca 1 54-62 51-59 Packningsgrad (%) 95-100 94-98 94 88-90 74-86 ~ 65-85 Modul, E vd (MPa) 25-30 25-30 25-30 15-20 5-7 5-7 Ytlig bärighet (kpa) 200-400 200-400 - - - - 34

Tabell 10 Parameter Sammanställning av geotekniska egenskaper, bestämda på laboratorium och m h a empiri, för material i projekt AIS 32. Materialgrupp 1 2 3 4 Furansand 2 Resolsand Vattenglassand 1 Vattenglassand 2 Furansand 1 1) Bentonitsand 1 Bentonitsand 2 Stenmjöl 1 Stenmjöl 2 Bottenaska Mesagrus/ grönlutslam/ elfilterstoft 1) Maximal torrdensitet (g/cm 3 ) 1,62 1,74 1,84-1,91 0,98 Optimal vattenkvot (%) 10-15 13-15 8-10 15-17 Hydraulisk konduktivitet (m/s) 10-6 - 10-5 10-11 - 10-8 10-7 - 10-6 10-6 - 10-5 Aktiv bentonithalt (%) - 6-8 2) - - Kapillär stighöjd (m) 0,2-0,4 <1 0,2 0,4 0,1 0,2 Tjälfarlighetsklass I II I I Friktionsvinkel (º) 30-35 ca 35-40 30-35 35-40 1) Försök har enbart utförts i fält. 2) Beräknad halt utifrån blandningens innehåll. I delrapport 1 (Gustafsson m fl, 2003) gjordes en indelning av materialen i olika grupper efter deras geotekniska egenskaper, bestämda vid de inledande laboratorieförsöken samt genom empiriska uppskattningar. Efter en analys av resultaten från fältförsöken kan gruppindelningen fortfarande anses gälla. Materialgrupperingen är gjord enligt följande: 1. Resolsand, furansand 1 och 2 och vattenglassand 1 och 2 har likartade geotekniska egenskaper avseende kornstorleksfördelning och packningsegenskaper. Även hydraulisk konduktivitet, kapillär stighöjd och friktionvinkel verkar ligga i samma storleksordning (Gustafsson m fl, 2003). De inledande fältförsöken visar att av de undersökta restprodukterna så har furansand 1, vattenglassand 1 och resolsand likartade geotekniska egenskaper avseende packningsegenskaper och modul. Vattenglassand 2 och furansand 2 har enbart varit möjliga att undersöka på laboratorium (Gustafsson m fl, 2003), men har troligtvis också likartade egenskaper i fält. De fem nämnda materialen, furansand 1 och 2, vattenglassand 1 och 2 samt resolsand, bedöms således kunna hänföras till materialgrupp 1. 2. Bentonitsand 1 och 2 har större finandel än ovanstående material och därmed troligen likartade egenskaper avseende packningsegenskaper. Avgörande för egenskaperna, speciellt den hydrauliska konduktiviteten, hos dessa sander är dess innehåll av aktiv bentonit (svällande lera) (Gustafsson m fl, 2003). 35