Metodestudium av micro-Deval for alternative fraksjoner

Abstract

Den europeiske standarden for bestemmelse av motstand mot slitasje ved bruk av micro-Deval, EN 1097-1, er under revisjon. I et høringsutkast for denne revisjonen, prEN 1097 1, er det beskrevet to nye metoder som omhandler testing på fine fraksjoner (0.25/5.6 mm og 0.2/4 mm i henholdsvis Annex D og Annex E) (CEN, 2021). I tillegg beskriver gjeldende utgave muligheten til å teste på nærliggende fraksjoner til referansefraksjonen 10/14 mm, deriblant 8/11.2 og 11.2/16 mm. Statens vegvesen er interessert i at disse metodene blir sett nærmere på.

Statens vegvesen stiller flere krav til steinmaterialer som skal benyttes til veg, deriblant til de mekaniske egenskapene. Selv om en stor andel av materialet som benyttes i asfalttilslag og i bærelaget er mindre enn 4 mm, testes materialet på grove fraksjoner. Dette gjelder både for micro-Deval, kulemølle og Los Angeles. Dette kan være problematisk siden det ikke er sikkert at et materiale innehar de samme egenskapene i alle størrelser (Strzałkowski og Kaźmierczak, 2021). I Nord-Amerika er det tatt hensyn til dette ved at micro-Deval er standardisert for både fine og grove fraksjoner (ASTM, 2015; 2017).

Metodene for fine fraksjoner som er beskrevet i Annex D og Annex E i prEN 1097-1 har flere forskjeller fra standard micro-Deval enn bare kornstørrelsen. Det er endring i kjøretid, kulestørrelse, total kulevekt og siktåpning ved vasking. Kjøretiden reduseres til 15 minutter, diameterne til kulene består av en blanding av 10, 18 og 30 mm med en sammenlagt vekt på 2500 g og siktåpningen ved vasking er endret til 0.063 eller 0.1 mm, avhengig av metode. Litteraturen rundt dette forskningsfeltet beskriver hvordan en endring i disse parameterne påvirker resultatene oppnådd ved bruk av micro-Deval- metoden. Noen forfattere fant resultater som viste at en økning i kornstørrelse ga en mindre MDE, mens andre oppnådde motsatt resultat. Ved å øke den totale vekten av stålkulene opp til ett visst punkt ble det funnet økning i vekttapet (Tanyu, Yavuz og Ullah, 2017). Over dette punktet ble vekttapet redusert. En reduksjon i rotasjonstiden, uten å endre rotasjonshastigheten, reduserer også micro-Deval-verdien (Lane et al., 2011). Litteraturen viser også flere funn som påpeker at mineralogien til materialene har mye mer påvirkning på testen enn kornformen.

Ved å teste 19 materialer for de to nye metodene for fine fraksjoner, for 8/11.2 og 11.2/16 mm, samt referansefraksjonen 10/14 mm blir det sett på om det finnes en sammenheng mellom metodene. I tillegg sees resultatene opp mot geologiske parametere som andel myke mineraler, graderingstallet til siktekurven og en ikke-standardisert flisighet. Resultatene tyder på at det er en veldig god korrelasjon mellom testing på referansefraksjonen, 8/11.2 og 11.2/16 mm. Det vises også en korrelasjon mellom standard metode og metodene for fine fraksjoner, men den er ikke like sterk. Andel myke mineraler ser ut til å ha en stor innvirkning på resultatene fra alle metodene, mens graderingstallet og den ikke-standardiserte flisigheten har liten innflytelse.

The European standard for the determination of the resistance to wear by using the micro-Deval method, EN 1097-1, is under revision. In a draft for this revision there is described two new methods for testing on fine aggregates (In Annex D and Annex E, respectively 0.25/5.6 mm and 0.2/4 mm) (CEN, 2021). In addition, the current edition describes the possibility for testing on aggregate sizes adjacent to the reference fraction, including 8/11.2 and 11.2/16 mm. The Norwegian Public Roads Administration is interested in taking a closer look at these methods.

The Norwegian Public Roads Administration sets several requirements for stone materials to be used in roads, including the mechanical properties. Although a considerable proportion of the materials used in asphalt aggregates and in the base layer are smaller than 4 mm, the materials are tested on coarse fractions. This applies to both the micro-Deval, Nordic mill and Los Angeles abrasion tests. This can be problematic since it is not certain that a material has the same properties in all sizes (Strzałkowski og Kaźmierczak, 2021). In North America, this has been taken into account by standardizing the micro-Deval method for both fine and coarse aggregates. (ASTM, 2015; 2017).

The methods for testing on fine aggregates described in Annex D and Annex E in prEN 1097-1 have more differences from standard micro-Deval than just the grain size. There is a change in rotation time, ball size, total ball weight and sieve opening when washing. The rotation time is reduced to 15 minutes, the diameters of the balls consist of a mixture of 10, 18 and 30 mm with a total weight of 2500 g and the sieve opening when washing is changed to 0.063 or 0.1 mm, depending on the method. The literature in this field of research describes how a change in these parameters affected the results obtained using the micro-Deval method. Some authors found results that showed an increase in grain size gave a smaller MDE, while others achieved the opposite result. By increasing the total weight of the steel balls up to a certain point, an increase in weight loss was found (Tanyu, Yavuz og Ullah, 2017). Above this point, weight loss was reduced. A reduction in rotation time, without changing the rotation speed, also reduces the micro-Deval value (Lane et al., 2011). The literature also shows several findings that point out that the mineralogy of the materials has a much greater impact on the test than the grain shape.

By testing 19 materials with the two new methods for fine aggregate and for the adjacent fractions, as well as the reference fraction 10/14 mm, it is seen whether there is a connection between the methods. In addition, the results are compared to geological parameters such as proportion of soft minerals, the grading number of the sieve curve and a non-standardized flakiness. The results indicate that there is an incredibly good correlation between testing on the reference fraction, 8/11.2 and 11.2/16 mm. There also is a correlation between the standard method and the methods for fine fractions, but it is not as strong. The proportion of soft minerals has a large impact on the results from all the methods, while and grading numbers and the non-standardized flakiness have little influence.