FI O O N LO Q' 4.: N 4.: O = VTI notat 45-2001 Återvinning av schaktmassor från Stockholm Laboratorieprovning Författare Torbjörn Jacobson FoU-enhet Väg- och banteknik Projektnummer 60653 Projektnamn ' Uppdragsgivare Schaktmassor - Stockholm Sycon Stockholm Konsult Distribution * Fri I Väg- och transportforskningsinstitutet
Förord Återvinning av asfalt år sedan flera år en etablerad teknik i Sverige medan intresset för återvinning av obundna material varit mindre på grund av god tillgång på naturrnaterial och deponier. I syfte att öka möjligheterna för återvinning av schaktmassor från gång- och cykelbanor eller uppgråvningar i gator har under våren 2001 en undersökning gjorts på VTIs laboratorium. Uppdragsgivare för projektet är Gatu- och Fastighetskontoret i Stockholm (Christer Rosenblad) och Stockholm Konsult (Torbjörn Byrnäs). Från VTIs sida har Torbjörn Jacobsson varit projektledare: Ansvarig för laboratorieprovningarna år Håkan Arvidsson. Maria Arm och Peet Höbeda har medverkat vid utvärderingen av resultaten. Linköping i augusti 2001 Torbjörn Jacobson VTI notat 45-2001
VTI notat 45-2001
lnnehåh Sammanfattning Bakgrund och syfte Schaktmassor Provtagning, materialberedning och provningar Laboratorieprovning - resultat Kornstorleksfördelning Proportionering till bär- och förstärkningslager Maximal torr skrymdensitet och optimal vattenkvot (packningskurva) Dynamisk treaxialprovning - metodbeskrivning Treaxialprovning - resultat Styvhetsmodu/ (Mn E-modul) Permanent deformation Bedömning Förteckning över litteratur \ OCDNGDNNUI 11 12 14 14 16 17 19 VTI notat 45-2001
VTI notat 45-2001
Sammanfattning I Stockholm utförs årligen schakter och ombyggnationer av gångbanor eller likvärdiga ytor motsvarande ca 50 000 ton material. Schaktmassorna innehåller både naturmaterial (sand och bärlagergrus) samt bundna material (betongplattor och asfalt). Innan massorna kan återvinnas måste det först krossas och sorteras för att materialet skall få en lämplig sammansättning. Målsättningen är att massorna efter materialberedning skall kunna användas som bär- och förstärkningslager vid ny- och ombyggnad av i första hand gångbanor, park- och cykelvägar men eventuellt även på gator och vägar med låg traflk. Undersökningen i denna rapport behandlar i huvudsak laboratorieprovning på schaktrnassor från Stockholms innerstad, det vill säga massor innehållande betongplattor, asfalt, sättsand och bärlagergrus. Stor vikt vid provningarna har lagts på att bestämma funktionen hos materialet/lagret genom treaxialprovning. Provningarna på laboratoriet måste dock verifieras genom fältförsök. I denna studie tas inte återvinning av enbart asfaltgranulat upp utan laboratoriestudierna berör återvinning av uppgrävda blandmaterial från gång och cykelbanor. Laboratoriestudien omfattar följ ande prövningar: Kornstorleksfördelning på delkomponenter Proportionering av återvinningsmaterial till bärlager Packningsegenskaper Styvhetsmodul genom treaxialprovning Deformationskänslighet genom treaxialprovning Vattenkänslighet genom treaxialprovning Provningarna gjordes på fem olika provblandningar med varierande sammansättning med avseende på innehåll av grus, sand, asfalt, betong och vatten. Asfalten och betongen krossades innan inblandningen i naturmaterialen. Som jämförelse har även några bärlagergrus, både av bergkross och naturgrus samt krossad betong tagits med i redovisningen. Schaktmassornas egenskaper som obundet vägmaterial påverkas av andelen asfalt i materialet. Asfaltinnehållet verkar ha en avgörande betydelse för deformationsresistensen enligt treaxialprovningarna. Andelen granulat i schaktrnassan bör därför inte vara för hög om trafikpåkänningama är stora. Även vatteninnehållet har en stor betydelse med försämrad stabilitet vid högre vattenkvot (över optimal). Den lastfördelande förmågan hos schaktmassorna verkar vara god och minst lika bra som för referenserna med naturmaterial eller krossad betong. Flertalet provblandningar av grus, sand, krossad betong och asfaltgranulat i olika halter uppvisade styvhetsmoduler i nivå eller något bättre än referenserna och detta vid både låga och höga spänningsförhållanden vid provningen. Vid förhöjd vattenkvot försämrades dock styvhetsmodulen vilket visar att schaktmassorna påverkas av fuktinnehållet. I samtliga fall låg kornstorleksfördelningen hos provblandningama inom gränsområdet för bärlagergrus enligt Vägverkets anvisningar. Andelen fmtrespektive grovt material i massorna påverkades av hur mycket grusmaterialet VTI notat 45-2001 5
respektive krossad betong och asfalt som blandades in. Kornstorleksfördelningen och packningsegenskaperna varierade inte alltför mycket mellan de olika provblandningarna. Hänsyn måste dock tas till ñnmaterialinnehållet, andelen asfaltgranulat och vatteninnehållet som inverkar på de återvunna, krossade schaktmassomas egenskaper. 6 VTI notat 45-2001
Bakgrund och syfte I Stockholm utförs årligen schakter och ombyggnationer av gångbanor eller likvärdiga ytor motsvarande ca 50 000 ton material. Det alltmer ökande intresset för resurshushållning och miljöfrågor innebär att återvinning alltid bör övervägas om det är möjligt. Återvinning av asfaltbeläggningar kan anses vara en etablerad teknik i Sverige medan återvinning av obundna material har varit ringa beroende på goda tillgångar på naturmaterial men även lättillgängliga deponier. Schaktrnassorna kan sägas vara en blandprodukt med inslag av asfalt, betong och naturmaterial. Den typen av material kan vara svårt att testa med traditionella metoder. Metoder som testar funktionen hos materialet är ett nödvändigt komplement vid provning av sekundära material. Målsättningen är att kunna använda olika typer av återvunnet material från diverse schakter som bär- och förstärkningslager vid ny- och ombyggnad av i första hand gångbanor, park- och cykelvägar men eventuellt även på gator och vågar med låg traflk. Undersökningen i denna rapport behandlar i huvudsak laboratorieprovning på schaktmassor från innerstaden, dvs. massor innehållande krossade betongplattor, såttsand, asfalt och bärlagergrus. Stor vikt vid provningama har lagts på att bestämma funktionen hos den här typen av vägmaterial (sekundärt material) genom treaxialprovning. Provningama på laboratoriet måste dock verifieras genom fältförsök. Traditionella provningsmetoder är inte utvecklade för sekundära material utan en viss metodutveckling kan vara nödvändig. Schaktmassorna liknar dock ett obundet material mer än ett bundet och därför görs jämförelser mot bergmaterial och krossat naturgrus. Återvinning av asfaltgranulat i obundna material behandlas i ett annat projekt och de resultaten presenteras i ett senare skede. Schaktmassor Det finns två typfall av schaktrnassor i Stockholm, ett för innerstaden där ytlagret utgörs av betongplattor och ett för ytterstaden där slitlagret utgörs av asfalt. Konstruktionstyperna ser ut på följ ande sätt: Innerstaden: 0 Betongplattor: 50 mm 0 Sättsand: 30 mm 0 Bitumenbundet bärlager, AG: 50 mm 0 Obundet bärlagermaterial: 200 mm Ytterstaden.' 0 Slitlager av asfalt: 30 mm 0 Bitumenbundet bärlager, AG: 50 mm 0 Obundet bärlagermaterial: 200 mm VTI notat 45-2001 7
Sammansättningen hos massorna påverkas av hur mycket material som schaktas ut vid grävningsarbetena. Om man antar att ca 50 mm bärlagergrus kommer med i schaktmassoma (ca 180 mm tas bort) blir andelen asfaltgranulat för innerstaden ca 30 vol-% och för ytterstaden ca 60 vol-%. Om betongplattoma krossas ned och tas med i massorna blir andelen ca 30 vol-% av det totala materialet. Krossad betong anses gynnsamt ur stabilitetssynpunkt och i Danmark blandas lika delar krossad betong och asfaltgranulat till bär- och förstärkningslager. Halten asfaltgranulat i massorna kan främst påverka deformationsegenskaperna. Även de obundna materialens sammansättning och beskaffenhet påverkar egenskaperna, t ex andelen sand eller rundade kom. Variationen i massorna kan bli stora vid schakter. Om de olika komponenterna kan särskiljas och proportioneras till önskad sammansättning ökar möjligheterna till en mer kontrollerad återvinning. Det normala är dock att schaktmassor består av en blandning av bundna och obundna material. Innan de kan återvinnas till bäreller förstärkningslager måste de först krossas och eventuellt siktas (grövre partiklar kan behöva tas bort), vilket påverkar materialets sammansättning. Frästa massor kan dock gå att använda direkt till återvinning utan vidare bearbetning. Provtagning, materialberedning och provningar Provmaterialen togs från ett mellanupplag i Sköndal. Asfaltgranulatet kom från ett upplag med fräsmassor medan betongplattoma och obundet material togs från intilliggande upplag bestående av schaktmassor. På laboratoriet krossades sedan betongplattoma i VTIs två käkkrossar. Följande undersökningar har gjorts: Komstorleksfördelning på delkomponenter Proportionering av ätervinningsmaterial Packningsegenskaper Styvhetsmodul genom treaxialprovning Deformationskänslighet genom treaxialprovning Vattenkänslighet genom treaxialprovning Laboratorieprovning - resultat Kornstorleksfördelning Komstorleksfördelningen hos asfaltgranulat, krossad betong och obundet material framgår av figurema 1-3. 8 VTI notat 45-2001
* 5000553.vmcmE ovcwämmun 100 0 0 0 O 0 0 0 0 0 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 m.n m M m ü " 0,074 T---. -.--.-- ri--l.-,i k1-lil--r -F1 - -t.-l:.-liiirii 1--1 IL11 -Ir ip: -. ;I--L 1.-I r nllr-- -.+.- --1 -LI M.. -.-1+1-LillrllLll --I+1.-I--IT IL. -. u + 1ITIIr L I+IILIIIT + I 1 +--! I-+.-- ra--.-!:--+4--li :T +. 0.125 0,25 0,5 w +E IT.I--TI-.lill.--I:+1-II :T a.+ z N h. r-:4lx--.iiitiiliiitli+ Ilüz 1T I - - u m. III4 1IT IT 14 IITII+ I+I I I., 4-- ; I-;.: i-ii -+1. 4 -- m It-... 1ixIw.; -4 --- +t 4-- I Kornstorlek, mm u 2--41---.- 11.--.4t-.-.-- 41 1 u. :114 I l I 1 und IJIIIW 4 I 5,6 I:.1 I 1. 1 :4.: I.1-. 4 11,2 ['17 16 22.4 31,5 45 Figur 1 0 Kornstorleksfördelningen paasfaltgranulat. 2000523 695:. 02233... 100 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 o 0 0 0 0 0 0 0 0 m ü W 1 m, 0.074. m - -F..-. 1--r -7:-..1---pl11..7 u I L1!L r -.. I I,..r; - F, F w 1.F I I I I :IrllL.. 1 :1+ r L, 1 L.- I ---1 1L.. I I r.- + 1 T + 1 + I I i I llrlll I I I I 1+ I I I +.- 4 I. I ; T1. 1-1+ - + 0,125 0,25 0,5 + - --,rr 1 n I I I. +. s.. I z.. I -l I I. I+ I.ll '. I* I I l I l l l I I -I lll.i -4. I 4 - -- s 4 I - -+«--4--4--4--4--4-4---1-a-I--I--- Kornstorlek, mm a 4 I 1 I I I:.. I 5,6 11,2 16 22,4 31,5 45 Figur 2 O Kornstorleksfördelnzngen pa krossade betongplattor. VTI notat 45-2001
l l l l l l l l l l l l l l 90.---l--l--l--l----l----l----l----l---4---L---l--L---l---l---l---l---I-- - l l l l l l l l l l l i l l l 'E 80"'li 7-TT TT 7"'7 i 7i 7 " Il q, l l l l I D l l l l 2 70"'*r'"t' t"'1 -T T"TTT-r'l" l' l '"l 1- I"* l" l*' ' 0. l l l l l i l I I '; 60- l.ll-llll.l..ll.1-4.ll.ll:,l - l l l l '8) l l l l l l l l l l,ä 50" "T'T"'T'T"T"T'T"'TT'T' l'":l'' ' "' '*'l"""l""" I l l i l I I I c 40"*-'-r---l---l---+--*+--+--+---r-- ---t---+---.*---l---1'---l---l-*--l---l--* : I l l l l tv I I l I l 5 o llli.l I!IIl4JJI-Inll :g 30 l l l l.5 l l l l a l I I 20 --'r-rr""r T 'T"*T T ' T"1"7"1'"-1" n '- '-" "-F- l l l l l l 10----l-- --l---l---l-n-+--+---l---l----l---l---l---l---l--4---i---l---i--- l I l l : I I : l l I l l I I I l l l i i l I I l l l l l l l l 0. 2 I ' ' I 5 ' = ' ' 2 I 5 r s : 0,074 0.125 0,25 0,5 1 2 4 5.6 8 11,2 16 22,4 31,5 45 Kornstorlek, mm Figur 3 Kornstorleksfördelningen på obundet bärlagermaterial. Finmaterialinnehållet är lågt (dessutom ej lerigt) i asfaltgranulatet och krossade betongen. Även andelen grovt material över 16 mm är relativt liten jämfört med kraven för bärlagergrus enligt ATB VÄG. Materialen är ändå relativt välgraderade och bedöms därför ha lämplig kornstorleksfördelning för inblandning i stenmaterial. Det obundna materialet har relativt hög finmaterialhalt, lågt innehåll av grövre stenmaterial och sandpuckel (överskott av sand). Materialet utgjordes av åsgrus med rundat stenmaterial. Om det obundna materialet används som det är enligt ñgur 3 kan det vara vattenkänsligt beroende på fmmaterialets kvalitet samt ha sämre deformationsegenskaper. Om de tre olika produkterna blandas med varandra får komkurvan en lämpligare sammansättning än om materialen används var för sig. Proportionering till bär- och förstärkningslager Ett antal provblandningar proportionerades från de separata produkterna (asfaltgranulat, krossad betong och obundet material) enligt tabell 1. Tabell 1 De olika provblandningarna i undersökningen. Blandning Asfalt- Betong- Grus + Kommentar granulat kross sand % % % 1 30 30 40 Normalfallet 2 10 40 50 Idealkurva, lågt asfaltinnehåll 3 40 20 40 Högt asfaltinnehåll 4 15 15 70 Högt innehåll av grus och sand 5 30 30 40 Högt vattenlnnehåll Blandning 1 skall efterlikna normalfallet för schakter i Stockholm om 50 mm av bärlagergruset kommer med vid bortgrävningen. Blandning 2 syftar till att 10 VTI notat 45-2001
optimera stabiliteten hos materialet och samtidigt få en mer harmonisk kornkurva. Blandnng 3 och 4 är inriktade på hög halt av asfaltgranulat respektive hög andel av obundet material i massorna. Blandningama 2-4 skall också representera en fraktionerad produkt av delkomponentema eller visa på effekterna av variationer i massorna. Blandning 5 är inriktad på att testa vattenkänsligheten hos en av massorna (blandning 1). Kornkurvorna för respektive blandning framgår av figur 4. 1 : I I I i l : I ' I I I I 1 I I i I I I i I I I I I I I 1 I I 1 I I l I I : 1 1 l l I I I i I 1 i I l. I l l l :. I I 2 I I I I I I I I. I I : I : I I I I I! I I I I i I I I : 1 I I : I : : l :! i i I I I I I I I I i 1 i 1 l I I 2 2 I 1 I I I : a 1 I i I I. 1 I i I! l i i e s 5 I : I I I l 1 I l l 2 I I I I I l l i. 1 I I! I I I I 2 I! I I 2 - i l 1 l 1 l I l l l i I I 1 s i i I i I I 1 4 : I I n i i I : l l : I I i i i i i I i I i i I I I l l I ' I I i I 1 I 1 1 l i! I i i I I I! l l i I i I I 100 i I I I I I.du 90- "'"' 106115 '"-t---t--*t----1*--1 m - -l e * I l* ll l- -fçt---.m ' '2 I 80 -l-.--l--l--l-l---i-i--! i--- : m 3 I I 70. 4 --.L4-J1-JII I #ll I 1 I $ I /, I - 60.L' 1 L' I!'i.iI t:a/;ii L 15 I // I g I / I i E I ll 50'" '-'l1l TTT Ii"l'"l ''ll 'i' % I r: l I I 8 40'--*F1' TT*T T*ñ- 1**t * r l-l - *--I---r---r -- g I i :1 I i I 30----+---+----l---+--+--+---+--4-4-1 ----:---: - - - - - - -- ---:--- -4- --- l,7 I I r 20.1Ll. a.l 'Kl-ll l..i!l..l l A I I få? I 10I 'pâ 12'l1-1..,I I!riL.L. *ut* av W I 0 GH'T l i 0,075 0,125 0,25 0,5 1 2 4 5,6 8 11,2 16 22,4 31,5 45 Komstorlek, mm Figur 4 Kornstorleksfördelningen på de olika provblandningama. Gränskurvoma för bärlagergrus har lagts in i diagrammet. Som det framgår av figur 4 ligger komkurvorna inom gränserna för bärlagergrus enligt ATB VÄG men tangerar i ett fall den övre gränskurvan och ligger överlag i det övre registret. Skillnaden mellan de olika provblandningama är inte så stor trots att recepten skiljer sig åt. Överlag så är ñnandelen (0,074-4 mm) något stor och andelen grovt material låg. Om makadam inblandades (16-32 mm) skulle materialet få ett bättre stenskelett, vilket kan förbättra stabiliteten. Asfaltgranulatkornen består huvudsakligen av klumpar av bindemedel och stenmaterial (beläggning) av varierande storlek, men även inslag av stenmaterial kan förekomma. Granulatkorn kan inte jämställas med stenmaterial utan bör vara mer sönderfalls- och deformationsbenägna, speciellt i ett inledningsskede. Krossad betong av bra kvalitet (betongplattor hör dit) bör vara lämpligt för bäroch förstärkningslager genom sin råa yta och något flisiga och stängliga partiklar. En viss självbindning kan ske i både krossad betong men framför allt i asfaltgranulat. Maximal torr skrymdensitet och optimal vattenkvot (packningskurva) För att materialet skall få bästa möjliga packningsegenskaper (täthet) bör optimal vattenkvot eftersträvas. Detta bestäms genom tung instampning (modifierad VTI notat 45-2001 11
proctorutrustning) av prov med varierande vatteninnehåll. Utifrån vattenkvoten och maximala torra skrymdensiteten tas packningskurvan fram. Packningen görs upp till den vattenkvot som ger vattenseparation eller minskande torr skrymdensitet. Normalt görs bestämningama vid 4 olika vattenkvoter. 2,20 -o-gran30 /o-bet30 /o-sagr40% -r-gran10%-bet40%-sagr50% -ut-gran40 /a-bet20 /a-sagr40% E W *Gran15%-Bet15%-saGr70 Å E 2'15 >< Max skrym, Wopt m Blandn 491. x. / O Vattenseparatlon 'ö -"""" ;g 2,10 w : (D E 2 05 v A. E B'alld" 3 V W TIandn 2 3 2 M 5-2 00 0 ' - I.all-,- Blandn 1 1,95 3,0% 3,5% 4,0% 4,5% 5,0% 5,5% 6,0% 6,5% 7,0% 7,5% 8,0% Vattenkvot,% Figur 5 Packningskurva enligt tung instampning. Blandning 4, som uppvisade tätare gradering än Övriga, erhåller också högre maximal torr skrymdensitet. Skillnaderna mellan de andra blandningarna är liten i det avseendet. Optimal vattenkvot ligger nära 6 % för flera av blandningarna men för prov 2 som bland annat innehåller mer av krossad betong ligger den på drygt 7 %. Med undantag för blandning 4 är kurvorna förhållandevis Hacka vilket visar att vatteninnehållet inte har så stor betydelse för packningsresultatet (relativt låg halt finmaterial). Dynamisk treaxialprovning - metodbeskrivning Funktionsprovning av obundna material utförs i regel genom dynamiskt treaxialförsök för att simulera spänningar vid trañköverfarter. Någon vedertagen standard för sådan provning föreligger dock inte och resultaten beror bland annat på vilket sätt som materialet packats, vilka spänningsförhållanden provkroppen belastas vid och hur töjningen i provkroppen mäts. Vattenkvoten spelar dessutom en stor roll för obundna materials deformationsegenskaper, såvida finmaterialhalten är tillräckligt hög. En EU-norm för treaxialprovning av obundna material håller på att utvecklas men är ännu ej färdig. Vid provning av obundna vägmaterial bestäms i regel deformationen vid olika laster. Utifrån den elastiska deformationen kan styvhetsmodulen beräknas, vilken kan användas till indata vid analytisk dimensionering. Eftersom obundna material ofta har spänningsberoende egenskaper, utförs provningen vid stegvis ökande spänningsnivåer varvid både vertikal- och horisontal (kammar)tryck varieras. I samband med provningen erhålls också data för beräkning av materialets känslighet för permanent deformation. Permanenta deformationen används idag 12 VTI notat 45-2001
' ' inte som indata vid analytisk dimensionering men är ett viktigt mått på materialets stabilitet och därmed risken för deformationer i vägen. Vid försöket har provkroppama packats med hjälp av en fransk metodik (s.k. vibrocompresseur, föreslagen som Europastandard vid treaxialprovning av bärlagermaterial), medan själva provningen i huvudsak följt amerikansk standard (SHRP protokoll P 46). Provningsförfarandet (provprepareringen och provningen) är identiskt med det som normalt brukar användas på VTI vid funktionsprovning av bärlagergrus (P. Höbeda, K. Ydrevik och H. Arvidsson, VTI notat 9--1995). I de flesta fall valdes ett vatteninnehåll på 60% av optimal vattenkvot (ca 3,0-3,4 % vattenkvot). Fältmätningar har visat att vattenkvoten ofta ligger på denna nivå (ca 60 % av den Optimala) för bärlagermaterial i vägen. Proverna packades till 97 % av maximala torra skrymdensiteten. I ett fall (blandning 5) packades provet vidförhöjd vattenkvot, 6 % vilket innebär att vatteninnehållet låg 20 0/o över optimal vattenkvot. Vid packningen erhölls också vattenseparation i materialet. Avsikten med denna provning är att studera vattenkänsligheten hos massorna. Som jämförelse har även några bärlagergrus, både av bergkross och naturgrus samt krossad betong tagits med i redovisningen. Det inpackade provet utsattes för dynamisk treaxiell provning, dvs. en pulserande vertikal last av varierande storlek samt en statisk horisontell last. Metoden försöker efterlikna de påkänningar som materialet utsätts för i vägkroppen, men kan sägas vara en accelererad provning eftersom frekvensen för den pulserande lasten är 10 Hz (i vägen mindre). Extern LVDT, O-ringstätning Plexiglascylinder Gummimembran.l 5: > Tryckplatta n Jordprov I I Bild 1 Utrustningför dynamisk treaxialutrustning (Maria Arm, VTI). VTI notat 45-2001 13
Treaxialprovning - resultat I samtliga fall utfördes provningarna genom dubbelprov. Styvhetsmodul (Mr, E-modul) Resultaten redovisas i ñgurema 6-8. 550 500 450 i? D. E 400 å' -.. -o- - Kr berg mitt I BLzonen 'å 350 -.- - Naturgrus mitt i BLzonen d I. -g- - Krossad betong m -x-blandning 1 300 en-- Blandning 2 unga-blandning 3 250 l.3 ' *Blandning 4 'O.'- ' Blandning 5 200 I I I.. I i I 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Summa huvudspänning (kpa) Figur 6 M somfunktion av summa huvudspänning. Samtliga provblandningar av schaktmassor + referenser. 550 500 450 52 g 400 '5 8 g 350 -x-blandning 1 LLI -üé- Blandning 2 300. -O-v Blandning 3 250 --+-- Blandning 4 -- Bland 5 200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Summa huvudspänning (kpa) Figur 7 Mr somfunktion av summa huvudspänning, blandning 1-5. 14 VTI notat 45-2001
550 500 /. % 450, c 0 å?,,' g 400 3.g 350 E u'i 300 - -o- - Kr berg mitt i BLzonen 250 -x-w = 3% (=0.6W0pt) ----W = 6% (=1.2Wopt) I I 1 l I I T T O 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Summa huvudspänning (kpa) Figur 8 Inverkan av vatteninnehålletpå M (blandning 1 och 5). Som referens har krossat berg med gradering mitt i bärlagerzonen tagits med. Som det framgår av figurerna är 5-8 är materialen spänningsberoende, dvs. styvhetsmodulen (Mr, resilientmodulen) påverkas av spänningens storlek. Vid både höga och låga spänningsförhållanden uppvisade flertalet av provblandningarna innehållande schaktrnassor högre Mr (figur 6) än referenserna av krossat berg eller naturgrus samt krossad betong. Blandning 1 som utgjordes av normalfallet för schakter i Stockholm hade vid samtliga spänningsnivåer högre Mr än referenserna. Belastningar mellan 500-1100 kpa anses efterlikna påkänningama i bårlagergrus för olika konstruktionstyper enligt VÄG 94. Det innebär i de flesta fall att schaktmassorna i denna undersökning har likvärdig eller något bättre lastfördelande förmåga än jämförande naturmaterial. Vid lägre spänningsnivåer erhöll provet med förhöjt vatteninnehåll något lägre styvhetsmodul medan resultatet var omvänt vid högre spänningsnivåer, dvs. högre styvhetsmodul erhölls (sannolikt orsakat av porvattentrycket). Det är viktigt att påpeka att påkänningama på bärlagret minskar med ökad beläggningstjocklek. På så sätt kan påkänningama i praktiken vara större på en låg- än en högtrañkerad vag. Resultatet visar att fräsmassor kan ha acceptabel styvhet (lastfördelande förmåga) och ur det perspektivet fungera som ett bärlager. Det är viktigt att komma ihåg att provningen är utförd vid ideala laboratorieförhållanden, dvs. vid lämpligt vatteninnehåll och på Väl packade provkroppar. Tidigare provningar har visat att styvhetsmodulen inte är tillräcklig för en fullständig materialkarakterisering. VTI notat 45-2001 15
Permanent deformation Antal belastningar 100 1000 10000 100000 1000000 0.. i ' ' 5000 E 2. C 2 3 10000 E '3 'oä=.. 3 15000-0- Kr berg mitt I Blzonen '5 - -I - Naturgrus mitti Blzonen 3'.- u- - Krossad betong å -oo-biandning 1 20000 *Blandning 2 25000 *Blandning 3 --+--Blandning 4 Blandning 5 Figur 9 Permanent deformation vid olika belastningsnivåer. Samtliga provblandningar av schaktmassor + referenser. Treaxresultat bäriagertest. Jamforelse ack. permanent deformatlon Antal belastningar 0 50000 100000 150000 200000 250000 Ack. permanent deformation ( pm) 5000 1 0000-1 5000 Asfaltgran. 30% Kr. betong 30% sa Grus 40% -N-W = 3% (=0.6Wopt) ---W = 6% (=1.2Wopt) 20000 25000 Figur 10 Inverkan av vattenkvoten på den permanent deformationen. Provblandning 1 och 5 (normalfallet). Som det framgår av figurerna 9-10 uppvisade schaktmassoma högre permanent deformation än krossat berg eller framför allt krossad betong. Provblandningen 16 VTI notat 45-2001
med minst asfaltinnehåll (blandning 2) erhöll det bästa resultatet och ligger nära resultatet för krossat berg. Deformationsmotståndet för schaktmassorna försämrades med ökat innehåll av asfaltgranulat. Spännvidden i denna undersökning låg mellan 10-40 %. Flertalet av schaktmassorna uppvisade dock motsvarande resistens mot permanenta deformationer som naturgrus (okrossat material). Blandning 1 (30 % asfaltgranulat) med normalt vatteninnehåll erhöll ungefär motsvarande resultat som referensen innehållande naturgrus. Vid högt vatteninnehåll (blandning 5) försämrades deformationsegenskaperna (flgur 10) genom vattnets smörj ande inverkan. Blandning 4 som innehöll 70 % grus och sand erhöll det näst bästa resultatet av schaktmassorna trots relativt lågt innehåll av krossad betong. I detta fall verkar naturmaterialet ha bra stabilitet trots högt sandinnehåll. Bedömning Schaktrnassornas egenskaper som obundet material påverkas av andelen asfalt i materialet. Asfaltinnehållet verkar ha en avgörande betydelse för deformationsresistensen enligt treaxialprovningarna på olika provblandningar av sand, grus, krossad betong och asfaltgranulat. Även vatteninnehållet har en stor betydelse med försämrad stabilitet vid högre vattenkvot. Andelen granulat i schaktmassan bör inte vara för hög om trañkpåkänningarna är stora. Särskilt gator med hög andel tung trafik, spårbunden trañk eller statiska laster (stillastående trafik) bör undvikas för schaktmaterial med hög halt av asfaltgranulat, speciellt om bitumeninnehållet är stort. Den lastfördelande förmågan hos schaktmassorna verkar vara god och minst lika bra som för naturmaterial eller krossad betong. Flertalet provblandningar av grus, sand, krossad betong och asfaltgranulat i olika halter uppvisade styvhetsmoduler i nivå eller något bättre än referenserna och detta vid både låg och hög spänning. Vid förhöjd vattenkvot försämrades dock styvhetsmodulen vilket Visar att schaktmassorna påverkas av fuktinnehållet. Enligt VTIs inventering av asfaltgranulat låg tex. fuktinnehållet mellan 1-7 % i upplag beroende på årstid, väderlek och sammansättning. I samtliga fall låg komstorleksfördelningen hos provblandningarna inom gränsområdet för bårlagergrus. Andelen flnt- respektive grovt material i massorna påverkade av hur mycket grusmaterialet respektive krossad betong och asfalt som blandades in. Sättsanden påverkade mellanfraktionen. På så sätt uppvisade kornkurvorna en viss sandpuckel. Sand kan i överskott nedsätta stabiliteten hos bärlager. Samtliga provblandningar hade kornkurvor i det övre registret för bärlagergrus (enligt komstorleksdiagrammet i ATB VÄG), vilket innebär att komkurvan är förhållandevis finkornig och tät. Andelen material över 16 mm låg på ca 20 %. Materialet kommer sannolikt att upplevas positivt genom att ytan kommer att bli relativt tät och jämn. Enligt packningskurvorna påverkas inte maximal skrymdensitet så mycket av vatteninnehållet i materialet. Vattenseparation uppstod vid 6-7 %. Fuktinnehållet har däremot betydelse för styvhetsmodul och deformationsresistens och vid förhöjd vattenkvot (över optimal) försämras dessa egenskaper. VTI notat 45-2001 17
Packningsarbetet har betydelse för prestanda hos obundna schaktmassor. Om materialen läggs i för tjocka lager eller packas för dåligt försämras egenskaperna. Om andelen asfalt är hög i massorna får detta särskilt stor betydelse. Varm väderlek och en tids trafikering innan asfaltlagren läggs på anses enligt de danska anvisningarna gynnsamt för asfaltgranulat. Schaktrnassorna av blandmaterial typ Stockholm skiljer sig dock från rena asfaltgranulat och bör genom det lägre asfaltinnehållet inte vara lika känslig i detta avseende. Uppgrävningen och krossningen av schaktmassorna kommer att påverka massornas sammansättning. Grövre partiklar kan även behövas sorteras bort. Framför allt andelen obundet material som kommer med vid schakten påverkar materialet sammansättning. Det är i de obundna lagren ñnmaterialet finns men som det framgått av denna undersökning har inte resultaten försämrats vid högre andel grus och sand (upp till 70 % jämfört med 40 % för normalfallet) i krossmassorna. Om fmmaterialhalten är hög påverkas framför allt vattenkänsligheten (låg bärighet vid vattenmättning) och de krav på korngraderingen som finns i ATB VÄG för bär- och förstärkningslager bör kunna tillämpas även för schaktmassorna. Innan massorna läggs ut bör de kontrolleras med avseende på kornkurva och materialsammansättning. Inhomogena massor är i princip olämpliga under ett tunt asfaltlager. Återvinningsmassor från schakter innehållande betongplattor, sand, asfalt och grusmaterial bedöms preliminärt som lämpligt för bär och förstärkningslager på gång eller cykelvägar samt för gator och vägar med låg andel av tung trafik. Vid större trañkpåkänningar bör inte materialet ligga för nära ytan. Kornstorleksfördelningen och packningsegenskapema varierade inte så mycket mellan provblandningarna (massorna tål variationer) men hänsyn måste tas till ñnmaterialinnehåll, andelen asfaltgranulat och vatteninnehåll som påverkar egenskaperna hos de krossade schaktmassorna. Främst andelen asfaltgranulat har en markant inverkan på deformationsegenskapema och om vatteninnehållet är för stort kan dessutom styvhetsmodulen försämras. Innan en mer slutgiltig bedömning kan göras bör krossade schaktmassor studeras genom fältförsök på GC-Väg och gata. Massorna kan testas både som bär- och förstärkningslager beroende på typ av Väg/gata/cykelbana/trottoar som kan bli aktuell. Även sammansättningen på schaktmaterial från flera uppgrävningar eller färdigt krossmaterial bör undersökas (främst sammansättning och kornkurva) innan materialet börjar användas i större skala. Fältförsök behövs också för studier av lämpliga packningsutrustningar, lagertjocklekar (15-20 cm beroende på vält) med mera. Ett sätt att ta upp de deformationer som kan uppstå första tiden innan materialet satt sig är att låta trafikera ytan innan beläggningen läggs. 18 VTI notat 45-2001
Förteckning över litteratur Arm M., Svensson J. & Ydrevik K. 1995. Deformationsegenskaper hos finkornig jord. VTI meddelande 770. Arm M. 1996. Dynamic testing of fine grained subgrade soils. Flexible pavements. (ed. Correia). Proceedings of the European Symposium Euroflex 1993, Lissabon. Balkema, Rotterdam. Arm M. Obundna Vägmaterials bärighetsegenskaper. Delrapport med resultat 1996, Delrapport med resultat 1997. Delrapport med resultat 1998, Opublicerade projektrapporter till uppdragsgivaren (Vägverket). Vägoch transportforskningsinstitutet, Linköping. Arm M. 2000. Egenskaper hos alternativa ballastmaterial -- speciellt slaggrus, krossad betong och hyttsten. Licentiatavhandling. TRITA-AMI LIC 2063. Inst för anläggning och miljö, Kungl. Tekniska Högskolan, Stockholm. Alavi S., Merport T., Wilson T., Groeger J. & Lopez A. 1997. LTPP Materials Characterization program: Resilient modulus of unbound materials (LTPP Protocol P46) Laboratory startup and quality control procedure. Publ no FHWA-RD-96-176. Federal Highway Administration, Georgetown Pike, Virginia, USA. Draft pren 13286-7. 2000. Unbound and hydraulically bound mixtures - Part 7: Cyclic load triaxial test for unbound mixtures. CEN. Byggstandardiseringen (BST), Stockholm. Höbeda P. Ydrevik K. Arvidsson H. Bedömning av hyttsten som förstärkningslager genom dynamisk treaxialförsök. VTI notat 9-1995. Höbeda P. Återvinning av obundna och hydrauliskt bundna material i vägbyggnad. VTI notat 19-1 996. Jacobson T. Förstärkning genom djupfräsning. Väg 166, Ed - Lunnane (Dalsland). Lägesrapport 95-04. VTI notat 28-1995. Ydrevik K. 1995. Dynamisk treaxiell provning av bär- och skyddslagermaterial. VTI notat nr 58-1995. VTl notat 45-2001 19