Improving the technical properties of recycled aggregates for road construction
Funnene bidrar til å maksimere bærekraftig bruk av gravemasser i Norge og kan hjelpe sluttbrukere med økt forståelse av håndteringsmetoder og bruk av resirkulert tilslag fra gravemasser.
Solomon Adomako
Ph.d.-kandidat
Solomon Adomako disputerer 18. oktober 2023 med ph.d.-avhandlingen Improving the technical properties of recycled aggregates for road construction.
Slik oppsummerer kandidaten avhandlingen
Bærekraftig utbygging, samt drift og vedlikehold av veganlegg, er høyt prioritert i Norge. I dette arbeidet er også utviklingen av vegnormalene (f.eks. N200) viktig, slik at bruken av resirkulerte gravemasser (engelsk: Recycled Excavation Materials, REM) og knust betong i bære- og forsterkningslag kan optimaliseres.
Generelt sett inkluderer faktorer som hindrer bruken av REM geologisk kompleksitet (dvs. sammensetning av mekanisk svake bergarter), tydeligere prosedyrer og regler på hvilke egenskaper som bør deklareres og hvor hyppig dette skal utføres. Visse krav til mekaniske egenskaper må oppfylles for at masser skal tillates brukt i veikroppen, herunder Los Angeles-(LA) og micro-Deval (MD)-verdier. På grunn av den geologiske kompleksiteten er det også viktig å identifisere kjemiske og mineralogiske egenskaper. Dette kan forbedre mulighetene til å blande materialer med ulike egenskaper, og derved øke utnyttelsen av masser som i utgangspunktet ikke tilfredsstiller kvalitetskravene. Den første tilnærmelsen i denne studien var å identifisere av kunnskapshull angående forholdet mellom lokal geologi og mekanisk ytelse (LA og MD) av til-slag. Med tanke på dette ble det utført state-of-the-art studier om geologisk påvirkning på egenskapene til tilslag. Det ble demonstrert at synergien av påvirkninger av forvitring på geologiske parametere (mineralogi, kornstørrelse og krystallstørrelse, kornform og porøsitet) og i hvilken grad de påvirker den generelle ytelsen, forblir viktige kriterier i materialvalg. Dette er relevant for gravemasser med varierende geologisk sammensetning hvor funnene i studien kan bidra til økt innsikt i hvordan mineralogien og teksturen påvirker egenskapene. Neste skritt I studien var å dokumentere den mekaniske stabiliteten til de resirkulerte gravemassene og vurdere mineralogiske og kjemiske påvirkninger. Tilnærmingen besto av blandings-teknikker, for eksempel blanding med andre materialer som en mekanisk stabiliseringsteknikk. De eksperimentelle metodene var LA og MD-tester og treaksialtester (RLTT).I hovedsak tilfredsstilte de resirkulerte gravemassene gjeldende krav for bære- og forsterkningslag, målt ved LA- og MD-verdier. Når sammensetningen inneholdt betydelige andeler av svake bergarter som fylitt, ville en maksimal inn-blandingsmengde på ≤ 40 % være akseptabelt. Funnene om den mineralogiske på-virkningen viste at fyllosilikater (mika og kloritt) hovedsakelig bidro til den lave mekaniske ytelsen. I tillegg ble det vist at hvis gravemasser består av porøse materialer som mursteinrester, bør det gjøres en vurdering av innblandingsnivået.
Når det gjelder stivhets- og deformasjonsegenskaperanalysert i henhold til Hicks og Monismith’s modell og Uzan’s modell, ble det vist at resirkulerte grave-masser påvirket stivhetsutviklingen positivt sammenlignet med fyllittmaterialene. Det ble påvist høyere stivhetsrespons ved 25% substitusjon av resirkulerte grave-masser med fyllitt enn ved 50 % substitusjon. Derfor var ytelsen følsom overfor økt innhold av fyllitt. På den annen side så viste permanent deformasjonsadferd ingen betydelige variasjoner til tross for rapporterte verdier av graden av mobilisert friksjonsvinkelρ(°) og inkrementell friksjonsvinkel φ(°), som beskriver henholdsvis mobilisert og maksimal skjærstyrke. Disse funnene gir verdifull informasjon til retningslinjer for å evaluere bæreevnen til vei bygget med resirkulerte materialer.
Site steg i denne studien var å evaluereytelsen til resirkulerte tilslag fra betongslam ved bruk av Re-Con Zero tørrvasketeknologi (RCZ). RCZ tilslag ble blandet med gravemasser og resirkulert i våtprosess for å øke materialenes sirkularitet. Resultatene viste en generell trend med økt LA og MD-ytelse med økende RCZ innblanding. Resultatene fra syreløselig andel, viste at det resirkulerte tilslaget inneholdt sementpasta og at en andel av sementpastaen ble nedknust (< 1.6 mm.) i LA-testen. Dette antyder tilstedeværelsen av en godt herdet pasta. Innholdet av farlige stoffer, var generelt lavt og i samsvar med norske avfallsregler. I tillegg indikerer det lave Cr (VI) innholdet at det kan forventes lav utlekking av Cr ved karbonatisering og en reduksjon i pH under reell bruk av tilslaget.
Disse funnene bidrar til å maksimere bærekraftig bruk av gravemasser i Norge og kan hjelpe sluttbrukere med økt forståelse av håndteringsmetoder og bruk av resirkulert tilslag fra gravemasser.