Prøvingsrapport. Natursteinstesting av Dovreskifer. Bøyestrekkfasthet, vannabsorpsjon og petrografisk analyse. Forfatter(e)

Transkript

1 - Fortrolig Prøvingsrapport Natursteinstesting av Dovreskifer Bøyestrekkfasthet, vannabsorpsjon og petrografisk analyse Forfatter(e) Simon Alexander Hagen SINTEF Byggforsk Infrastruktur

2

3 Historikk DATO SBESKRIVELSE Prøvingsrapport Endelig versjon 2 av 14

4 Innholdsfortegnelse 1 Opplysninger vedrørende oppdraget Ansvars- og tidsforhold Prøvemateriale Prøvingsmetoder Vannabsorpsjon Bøyestrekkfasthet Petrografisk beskrivelse Resultater Vannabsorpsjon Bøyestrekkfasthet Petrografisk beskrivelse Makroskopisk beskrivelse Mikroskopisk beskrivelse... 9 BILAG/VEDLEGG Vedlegg 1 Metodebeskrivelse vannabsorpsjon ved atmosfærisk trykk Vedlegg 2 Metodebeskrivelse bøyestrekkfasthet ved konsentrert last 3 av 14

5 1 Opplysninger vedrørende oppdraget 1.1 Ansvars- og tidsforhold Oppdragsgiver Dovreskifer AS Testlaboratorium Betong- og Natursteinslaboratoriet og Ingeniørgeologisk laboratorium, SINTEF Slip preparert av NTNU, Institutt for Geologi og bergteknikk Ansvarlig for prøvetaking Oppdragsgiver Ansvarlig for prøvepreparering Oppdragsgiver og merking Dato for bestilling Kontrakt signert 26. mars 2015 Dato for prøvelevering 25. mars og 7. april 2015 Dato for testing Vannabsorpsjon: utført i perioden 27. mars 13. april. Bøyestrekkfasthet: utført 13. april Petrografisk undersøkelse/beskrivelse: utført i perioden april 1.2 Prøvemateriale Petrografisk navn Handelsnavn Sted (steinbrudd) Leverandør Prøveantall og dimensjoner Prøvemerking Kvartsskifer (metaarkose) Dovre Hornsjøhø/Storvassberget, Dovre, Oppland Dovreskifer AS 25. april 2015 mottok SINTEF følgende prøver: 30 kuber med dimensjon 50 mm x 50 mm x 50 mm, sagde flater normalt kløvplan, "rillet" overflate parallelt kløvplan 12 prismer med dimensjon 300 mm x 50 mm x 50 mm, sagde flater normalt kløvplan, "rillet" overflate parallelt kløvplan 6 prøver (kuber) ble tatt fra denne forsendelsen for måling av vannabsorpsjon merket V1 10 prøver (prismer) ble tatt fra denne forsendelsen til måling av bøyestrekkfast merket B1. 7. april mottok SINTEF følgende prøver: 15 prismer med dimensjon 300 mm x 50 mm x 50 mm, sagde flater Visuell karakteristikk Kommentarer (anisotropi, strukturer etc.) 10 prøver (prismer) ble tatt fra denne forsendelsen til måling av bøyestrekkfast merket B2. Se petrografisk beskrivelse Bøyestrekkfasthet målt på tvers av bergartens spalte-/kløvplan. Lineasjon? 4 av 14

6 1.3 Prøvingsmetoder Nummer Tittel Utgave Publiseringsår nr. NS-EN Prøvingsmetoder for naturstein. Bestemmelse av bøyefasthet ved konsentrert last Natural stone test methods Determination of flexural strength under concentrated load NS-EN Prøvingsmetoder for naturstein. Bestemmelse av vannabsorpsjon ved atmosfæres trykk Natural stone test methods Determination of water absorption at atmospheric pressure NS-EN Prøvingsmetoder for naturstein - Petrografisk undersøkelse Natural stone test methods Petrographic examination NS-EN Naturstein - Terminologi Natural stone Terminology Vannabsorpsjon Disse egenskapene ble målt på 6 prøver med dimensjon 50 mm x 50 mm x 50 mm og hvor alle prøvene hadde sagde sidekanter og "rillet/frest" kløvplan Bøyestrekkfasthet Bøyestrekkfasthet ble målt på 2x10 prøver med dimensjon 300 mm x 50 mm x 50 mm. I det ene prøvesettet (B1) var belastningsflatene "rillet/frest", i det andre prøvesettet (B2) var belastningsflatene slipt. "Rillene" gikk enten parallelt med eller normalt lengste side av prøvene. Det ble benyttet en linjeavstand mellom opplagringspunktene på 250 mm, som i henhold til standard. Belastningsretning: normalt kløvplan. Det ble ikke tatt hensyn til eventuell lineasjon ved prøving. I henhold til standard skal belastningflater være plane/saget. I foreliggende prøvingsrapport er resultater for begge testseriene inkludert, men kun serie B2 er benyttet i oppsummeringen Petrografisk beskrivelse For mikroskopering ble ett polert tynnslip med fluoriserende epoksy preparert fra en tilfeldig utvalgt prøve (kube) fra først mottatte prøveserie. Slipet representerer et snitt på ca. 30 mm x 20 mm, og undersøkelsen gir informasjon om hvilke bestanddeler bergarten er oppbygd av, mengdefordelingen mellom dem og hvordan de enkelte mineraler er sammenvokst. Det må imidlertid forventes variasjoner i mineralsammensetning og struktur mellom ulike lag i skiferen. 5 av 14

7 2 Resultater 2.1 Vannabsorpsjon Resultater er gjengitt i tabell 1. Bilde av testede prøver er gjengitt i figur 1. Tabell 1 Resultater vannabsorpsjon for Dovre Prøvenr Tørrvekt Våtvekt Vannabsorpsjon [g] [g] [%] V ,00 323,84 0,3 V ,76 332,39 0,2 V ,51 338,08 0,2 V ,11 327,65 0,2 V ,29 355,86 0,2 V ,19 344,83 0,2 Middel 336,48 337,11 0,2 Maks 355,29 355,86 0,3 Min 323,00 323,84 0,2 St.avvik 0,0 Var. Koeff 0,2 Høyeste forventet verdi 0,3 Figur 1 Prøver benyttet til måling av vannabsorpsjon. 6 av 14

8 2.2 Bøyestrekkfasthet Resultater er gjengitt i tabell 2 og 3. Bilder av testede prøver er gjengitt i figur 2 og 3. Tabell 2 Resultater Bøyestrekkfasthet Serie B1 med "Rillet/freset" belastningsflater. Prøve nr Belastningsflater Bredde snitt Høyde snitt Lengde Bruddlast Bøyestrekkfasthet Pålastningshastighet Lokalisering av brudd [mm] [mm] [mm] [N] [MPa] [MPa/s] B1-1 49,9 48,6 300, ,0 0,25 Senter B1-2 50,1 48,5 300, ,0 0,25 Senter B1-3 48,9 48,3 300, ,6 0,25 Senter B1-4 50,0 47,6 298, ,2 0,25 Senter B1-5 Freset/ 50,4 48,6 299, ,8 0,25 Senter B1-6 rillet 50,0 48,6 299, ,1 0,25 Senter B1-7 49,7 48,5 298, ,5 0,25 Senter B1-8 50,3 48,4 298, ,4 0,25 Senter B1-9 48,8 48,6 297, ,8 0,25 Senter B ,2 48,6 297, ,1 0,25 Senter Middel 49,6 48,4 298, ,0 Maks. 50,4 48,6 300, ,5 Min. 48,2 47,6 297, ,8 St.avvik 940 2,9 Var.koeff. 0 0,1 Minste forventede verdi 42,2 F Figur 2 Bilder av prøver for måling av bøyestrekkfasthet Serie B1, før (til venstre) og etter (til høyre) prøving. Skisse til venstre viser belastningsretning orientert riktig i forhold til bruddbilde. 7 av 14

9 Tabell 3 Resultater Bøyestrekkfasthet Serie B2 med sagde belastningsflater. Prøve nr Belastningsflater Bredde snitt Høyde snitt Lengde Bruddlast Bøyestrekkfasthet Pålastningshastighet Lokalisering av brudd [mm] [mm] [mm] [N] [MPa] [MPa/s] B2-1 49,4 49,5 300, ,0 0,25 Senter B2-2 49,4 49,2 300, ,6 0,25 Senter B2-3 50,6 49,7 300, ,7 0,25 Senter B2-4 49,5 49,6 300, ,2 0,25 Senter B2-5 49,7 49,5 300, ,2 0,25 Senter B2-6 Saget 50,0 49,5 300, ,8 0,25 Senter B2-7 50,4 49,7 300, ,5 0,25 Senter B2-8 50,4 49,7 300, ,5 0,25 Senter B2-9 49,7 49,5 300, ,1 0,25 Senter B ,6 49,6 301, ,5 0,25 Senter Middel 49,9 49,6 300, ,7 Maks. 50,6 49,7 301, ,5 Min. 49,4 49,2 300, ,2 St.avvik ,1 Var.koeff. 0 0,1 Minste forventede verdi 39,7 F Figur 3 Bilder av prøver for måling av bøyestrekkfasthet Serie B2, før (til venstre) og etter (til høyre) prøving. Skisse til venstre viser belastningsretning orientert riktig i forhold til bruddbilde. 8 av 14

10 2.3 Petrografisk beskrivelse Makroskopisk beskrivelse Farge og struktur Lys grå til mellomgrå skifer med svakt grønnskjær og en klar og jevn linjestruktur/skifrighet på tvers av spalteplan. Jevn grå farge i spalte-/kløvplan. Skiferen er dominert av lyse, kvartsrike bånd med tykkelse 2-10 mm adskilt av mer glimmerrike linjer ca. 1mm og mer diffuse bånd med mørk grå farge (2-4 mm tykkelse). Tilsynelatende kornstørrelse Finkornet Mineraler Glimmer, kvarts Strukturer Skifrig og foliert Andre forhold Mikroskopisk beskrivelse Polert tynnslipnummer: Figur 4-8 viser karakteristisk sammensetning og mikrostruktur for bergarten. Mikrostruktur Prøven som er mikroskopert viser en fin- og noe ujevnkornet foliert / skifrig bergart med nær mylonittisk mikrostruktur, dvs. at grunnmassen domineres av lengdeutstrakt kvarts, parallell eller bølgeformet orientering av tynne glimmerflak samt "øyne" av feltspatkorn omkranset av glimmer, se figur 4-6. Disse mikrotrekkene definerer bergartens foliasjon/skifrighet. Absolutt kornstørrelse varierer mellom < 0,05 mm til 1 mm, med snitt rundt 0,2 mm. Kvartsen opptrer nesten utelukkende som lengdeutstrakte enkeltkorn eller mer vanlig som kornansamlinger med lengder 0,1-1 mm. Mindre vanlig opptrer kvarts som separate øyne i grunnmassen eller sammenvokst med feltspatøyne. Kvartskornene har markant undulerende utslukning. Glimmer i skiferen er fargeløs og opptrer som tynne, separate flak - kvartsrike partier - eller sammenhengende linjer og bølger (figur 4) eller sammenvokst og anriket i bånd glimmerrike partier; kløvplan (figur 5). Lenden på enkeltkorn ligger rundt 0,1-0,2 mm. Glimmer er assosiert med epidot, titanitt og opaker, se under. Glimmerkornene tolkes å representere muskovitt, dvs. fargeløs glimmer. Biotitt er ikke tilstede i mikroskopert prøve, men det er sannsynlig at opprinnelig biotitt er omvandlet til fargeløs glimmer, epidot og opaker. Feltspat opptrer både som mikroklin og plagioklas, hvorav sistnevnte dominerer. All feltspat opptrer som spredte, runde korn eller mer vanlig som litt lengdeustrakte øyne med diameter 0,2-0,5mm (snitt rundt 0,3 mm) spredt rundt i grunnmassen av kvarts og glimmer, figur 6. De fleste kornene er omkranset av et tynt glimmersjikt. Enkelte plagioklaskorn har friske albitt-tvillinger, men mer vanlig er korn uten tvillingdannelse med "friske" inneslutninger av andre mineraler. Epidot er karakteristisk mineral i bergarten, og mineralet forekommer som spredte enkeltkorn med noe uregelmessige korngrenser og størrelse fra 0,05-0,2 mm, men også typisk orientert i linjer i foliasjonsretningen og anriket i de mørkeste, mer glimmerrike partiene sammen med opaker. Titanitt opptrer assosiert med epidot og som spredte enkeltkorn. 9 av 14

11 Den opake fasen utgjøres utelukkende av svakt anisotropt mineral som ut fra optiske trekk tolkes å være ilmenitt (figur 7). Mineralet er typisk sammenvokst med epidot og er et karakteristisk mineral i spalte- /kløvplan. Kornstørrelsen/lengden på kornene ligger rundt 0,1-0,5 mm. Det er ikke registrert jernsulfider i mikroskopert prøve. Karbonat, som kan være et typisk omvandlingsmineral, er heller ikke registrert. Observasjoner i fluoriserende lys viser at bergarten er relativt tett, selv om bilde i fluoriserende lys tilsynelatende viser mange mikroporer (figur 8). Mikroporøsitet antydes i tilknytning til epidot og fluoriserende epoksy. Tabell 4 Mineralinnhold Mineraler Anslått Vol % Kommentar mineralsammensetning: Kvarts 50 Mengdeangivelsene må kun betraktes som Muskovitt 25 veiledende, fordi dette kun er et utsnitt, men Plagioklas 10 også fordi det blant annet er vanskelig å skille Alkalifeltspat 5 kvarts og feltspat i mikroskop. Epidot 5 Titanitt 2 Opaker - Ilmenitt 3 Apatitt Aksessorisk (< 1) 10 av 14

12 Ilmenitt Glimmer Feltspat Epidot Titanitt Kvarts Figur 4 Mikroskopibilde av Dovre skifer. Samme utsnitt på begge bilder kvartsrikt parti (foliasjons-/skifrighetsretning går på skrå i bildet). Øverste bilde viser karakteristisk opptreden av epidot (grumsete, gråbrune korn), opaker/ilmenitt (svarte korn) og fargeløs glimmer. De grå og hvite, avlange kornene på nederste bilde er kvarts. Strek nederst repr. 0,5 mm. Gule felt (øverste bilde) representerer fluoriserende epoksy (hulrom). 11 av 14

13 Figur 5 Mikroskopibilde av Dovre skifer. Samme utsnitt på begge bilder glimmerrikt parti (foliasjons-/skifrighetsretning går på skrå i bildet). 12 av 14

14 Figur 6 Mikroskopibilde av Dovre skifer. Samme motiv på begge bilder. Karakteristisk opptreden av feltspat i skiferen; som noe elongerte "øyne" i grunnmassen. 13 av 14

15 Figur 7 Mikroskopibilde av Dovre skifer i såkalt pålys. Lyse felt representerer opakt mineral. Figur 8 Mikroskopbilde av Dovre skifer i fluoriserende lys. Det indikerer mikroridd i tilknytning til epidot(gulgrønn farge) samt og glimmer (lys grønn), men bergarten anses å ha relativt lav mikroporøsitet. Bildet tolkes å gi et noe "overdimensjonert" inntrykk av åpne porer/riss. 14 av 14

16 Teknologi for et bedre samfunn

17 1 Vedlegg 1 Metodebeskrivelse vannabsorpsjon ved atmosfærisk trykk Metoden gjennomføres i henhold til: NS-EN Prøvingsmetoder for naturstein. Bestemmelse av vannabsorpsjon ved atmosfæres trykk Vannabsorpsjon A b er hvor mye vann som kan trenge inn i bergartsprøven under atmosfærisk trykk (vanlig romklima) i prosent vektøkning. Det skal benyttes minimum 6 prøvestykker i hver serie, med et volum på minimum 25 ml. Vanlig dimensjon: 50 mm x 50 mm x 50 mm. Prøvene tørkes i varmeskap på (70±5) C til konstant vekt, m o, med en nøyaktighet på 0,01g. Prøvene legges deretter i destillert vann, fullstendig tildekket, og vekten måles med intervaller på 24 timer til differansen mellom de 2 siste målinger, er mindre enn 0,01 %. Resultatet fra siste veiing i vannmettet tilstand, m 1, benyttes i utregningen. Figur 1 Kuber vannmettes, tørkes med fuktig klut og deretter veies. Vannabsorpsjon beregnes med følgende uttrykk: m1 m0 Vann abs.: A b = 100 m 0

18 1 Vedlegg 2 Metodebeskrivelse bøyestrekkfasthet ved konsentrert last Metoden gjennomføres i henhold til: NS-EN Prøvingsmetoder for naturstein. Bestemmelse av bøyefasthet ved konsentrert last Bøyestrekkfastheten (ved konsentrert last), R tf, blir bestemt ved at prøven etter kondisjonering blir plassert på to opplagre i ei presse og belastet med konstant linjelast (trepunkts belastning) inntil brudd. Last ved brudd blir målt og bøyestrekkfastheten blir beregnet. Det skal være minimum 10 prøver i hver serie. Normalt er dimensjonen for prøvingen er 300 x 50 x 50 ± 1 mm. Ved standard prøvedimensjon 300x50x50 mm blir linjeavstand mellom opplager 250 mm. Belastningshastigheten skal være (0,25 ± 0,05) MPa/s, og maksimum last skal måles i nærmeste 10 N. Høyde og bredde måles med et elektronisk skyvelære på prøvene etter brudd, nær bruddplan, og hver på to steder. Dimensjonene uttrykkes i nærmeste 0,1 mm og brukes ved utregning av prøvens bøyestrekkfasthet. Figur 1 FORM + TEST Prüfsystem, Alpha hydraulisk presse, brukt til bestemmelse av bøyestrekkfasthet.

19 2 Figur 2 Skisse som viser test arrangement for trepunktsbelastning (NS-EN 12372:2006) Bøyestrekkfasthet beregnes med følgende uttrykk: 3Fl R tf = 2 2bh R tf Bøyestrekkfasthet i MPa, måles i nærmeste 0,1 MPa F Bruddlast, i hele 10 N l Linjeavstand mellom opplagrene (250mm) b Bredden på prøven etter brudd, i nærmeste 0,1 mm h Høyden (tykkelsen) på prøve etter brudd, i nærmeste 0,1 mm L Prøvelengde, i mm