Kiviaineksen raemuodon vaikutus nastarengaskulutuskestävyyteen

Abstract

Kiviaineksen nastarengaskulutuskestävyydellä on suuri vaikutus päällysteiden kulumisnopeuteen. Nastarengaskulutuskestävyyttä mitataan pohjoismaisella kuulamyllykokeella. Kiviaineksen litteysluvulla tiedetään kokemusperäisesti olevan yhteys kuulamyllykokeen tuloksiin siten, että litteiden rakeiden osuuden kasvaessa kuulamyllyarvo myös kasvaa. Opinnäytetyön tavoitteena oli selvittää kokeellisesti litteysluvun ja kuulamyllyarvon välistä yhteyttä valikoiduilla kivilajityypeillä. Tutkimuksen tavoitteena oli myös luoda lähtökohdat jatkotutkimuksille asfalttipäällysteiden nastarengaskulutuskestävyyden ja kuulamyllytestin tulosten välisen yhteyden selvittämiseen. Opinnäytetyössä on esitelty kirjallisuuteen perustuen Suomen kivilajien yleisiä ominaisuuksia, kiviaineksen tuotantoprosessia, asfalttipäällysteitä ja asfalttipäällysteen kulumiseen vaikuttavia tekijöitä. Opinnäytetyön kokeellisessa osassa tutkittiin litteysluvun vaikutusta kuulamyllyarvoon modifioimalla neljän erilaisen kiviaineksen litteyslukua ja tekemällä muokatulla kiviaineksella kuulamyllykokeita. Opinnäytetyössä selvitettiin myös kiviaineksen kubisoinnin ja laboratoriomittakaavaisen esihionnan vaikutusta kuulamyllyarvoon. Esihionnan vaikutusta selvitettiin pyörittämällä kiviainesta kuulamyllyssä, jonka jälkeen kiviainekselle tehtiin litteysluvun modifiointi ja kuulamyllytestit uudelleen. Kuulamyllykokeita tehtiin myös pienemmän raekoon lajitteelle 8/11,2 mm, jonka korrelaatio normaalin kuulamyllykokeen tuloksiin selvitettiin. Lopuksi valmistettiin yhdestä kiviaineksesta kahdella erillisellä litteysluvulla AB16-asfalttimassa, jonka nastarengaskulutuskestävyyttä mitattiin Prall-testin avulla. Tutkimuksen tulosten perusteella kuulamyllyarvo muuttuu keskimäärin 0,5-1,0 yksikköä kymmentä litteysluvun yksikköä kohti lukuun ottamatta yhden louhoksen kiviainesta, jonka nastarengaskulutuskestävyys pysyi samalla tasolla litteysluvun muuttuessa. Suurimmillaan kuulamyllyarvon muutos oli 1,9 kun litteysluku muuttui kymmenen yksikköä. Tulosten perusteella voitiin todeta, että litteysluku ei vaikuta kuulamyllyarvoon, jos kiviaineksen raaka-aine on ominaisuuksiltaan erittäin lujaa. Kubisoinnilla voidaan parantaa kiviaineksen kuulamyllyarvoa ja vähentää litteysluvun vaikutusta, mutta vaikutus on aina kivilajikohtainen. Tässä tutkimuksessa laboratoriossa tehty esihionta paransi kuulamyllyarvoa, mutta tulosten perusteella voitiin havaita, että tarvittava hionta-aika riippuu selkeästi kivilajista. Lajitteiden 8/11,2 mm ja 11/16 mm kuulamyllykokeiden tulokset korreloivat hyvin keskenään. Tämän perusteella voitiin todeta, että kiviaineksen kuulamyllyarvoa voidaan arvioida testaamalla lajitetta 8/11,2 mm, ja tulosten arvioinnissa voidaan käyttää samoja kuulamyllyluokkia. Litteysluvun vaikutuksesta Prall-testin tuloksiin ei voitu tehdä johtopäätöksiä pienen testimäärän vuoksi, mutta tulosten perusteella karkean kiviaineksen litteysluvun vaikutusta asfalttimassan kulumiskestävyyteen on syytä tutkia lisää Prall-menetelmällä. Tutkimuksen tuloksia dokumentoitiin kuvaamalla testinäytteet ennen kuulamyllykoetta ja sen jälkeen. Kuvista oli erittäin paljon hyötyä kuulamyllytestissä tapahtuvan litteysluvuiltaan erilaisen kiviaineksen rikkoutumisen havainnollistamisessa. Testinäytteiden kuvaaminen olisi suositeltavaa käytännön testaustoiminnassa ja erityisesti aiheeseen liittyvässä tutkimuksessa. Tutkimustulosten perusteella jatkotutkimustarpeena tuli selkeästi esille tarve litteysluvun, kuulamyllyarvon ja asfalttimassan nastarengaskulutuskestävyyden vaikutuksen keskinäisen suhteen selvittäminen ensin laboratoriomittakaavassa ja sen jälkeen mahdollisesti myös pienimuotoisilla koerakenteilla. Siten voitaisiin selvittää kiviaineksen litteysluvun vaikutus päällysteen todelliseen nastarengaskulumiskestävyyteen. Tutkimus on osa Väyläviraston selvityksiä, joissa tutkitaan päällystekiviainesten ominaisuuksia ja niihin vaikuttavia tekijöitä.

Avainsanat: nastarengas, kulutuskestävyys, litteysluku, esihionta, kubisointi, pohjoismainen kuulamyllytesti, asfaltti, Prall