Politechnika Gdańska Laboratorium z Technologii Betonu
Katedra Konstrukcji Betonowych i Technologii Betonu WILiŚ, rok II, semestr 4
KRUSZYWA (wg PN-EN 12620 Kruszywa do betonu)
Kruszywo - ziarnisty materiał stosowany w budownictwie; główny składnik betonu, średnio zajmuje od 60 do 70% objętości betonu; najtańszy i najpowszechniej dostępny składnik betonu; nie wchodzi w reakcje chemiczne pod wpływem wody; określane jest często jako wypełniacz do betonu, jednak własności kruszyw takie jak ich kształt, uziarnienie, porowatość, nasiąkliwość, wilgotność czy wytrzymałość na rozdrabnianie mają zasadniczy wpływ na urabialność mieszanki betonowej oraz cechy charakterystyczne betonu, zatem nie należy opisywać kruszyw jedynie mianem wypełniacza.
KLASYFIKACJA KRUSZYW
Z uwagi na pochodzenie rozróżniamy trzy rodzaje kruszyw:
· kruszywo naturalne – kruszywo pochodzenia mineralnego, które poza obróbką mechaniczną (np. kruszenie, płukanie) nie zostało poddane żadnej innej obróbce (przykłady kruszyw naturalnych niełamanych: piasek, żwir, otoczaki, pospółka oraz kruszyw naturalnych łamanych: miał, grys, tłuczeń, kliniec)
· kruszywo sztuczne – kruszywo pochodzenia mineralnego, uzyskane w wyniku procesu przemysłowego obejmującego termiczną lub inną modyfikację (przykłady: pollytag, keramzyt)
· kruszywo z recyklingu – kruszywo powstałe w wyniku przeróbki nieorganicznego materiału (przykłady: gruz ceglany, gruz betonowy).
Przedmiotem tego opracowania są jedynie kruszywa naturalne, gdyż stanowią one około 90% kruszyw używanych w budownictwie.
Kruszywa naturalne mogą zostać rozdrobnione dzięki siłom przyrody, takim jak mróz, wiatr lub prądy wodne. Efektem tych zjawisk są luźne, zaokrąglone ziarna o gładkiej powierzchni. W przypadku celowego kruszenia skały litej, otrzymujemy kruszywo łamane o charakterystycznych ostrych krawędziach i szorstkiej powierzchni. Dzięki tym cechom kruszywo łamane ma lepszą przyczepność do zaprawy.
Właściwości mechaniczne, fizyczne i chemiczne kruszyw naturalnych odpowiadają cechom skał, z których pochodzą. Rozróżniamy trzy grupy skał:
· skały magmowe – powstałe w wyniku stygnięcia lawy wulkanicznej; charakteryzuje je wysoka wytrzymałość na ściskanie
· skały osadowe – powstałe na skutek sedymentacji składników organicznych
· skały metamorficzne – przeobrażone skały magmowe lub osadowe.
Istnieje kilka podziałów kruszyw ze względu na wielkość ziaren. Wymiar ziarna opisany symbolem d/D oznacza, że ziarno zatrzymało się na dolnym sicie (d) a przeszło przez górne sito (D) zestawu sit normowych. Opierając się na definicji wymiaru ziarna, Polska Norma dzieli generalnie kruszywa na:
· kruszywo drobne – kruszywo o wymiarach ziaren D mniejszych lub równych 4 mm
· kruszywo grube – kruszywo o wymiarach ziaren D większych lub równych 4 mm oraz d większych lub równych 2 mm.
Dodatkowo norma dopuszcza jako osobny rodzaj kruszywa mieszane:
· kruszywo naturalne 0/8 – pospółka pochodzenia lodowcowego lub rzecznego
· kruszywo o ciągłym uziarnieniu – mieszanka kruszyw grubych i drobnych od 0 do 45 mm.
Norma wyróżnia również kruszywo wypełniające – pyły przechodzące przez sito 0,063 mm.
W budownictwie powszechny jest podział kruszyw niełamanych na piasek (0/2) i żwir (2/63) oraz kruszyw łamanych na piasek łamany (0/2) i grys (2/63).
BADANIA KRUSZYW
Producent kruszywa zobowiązany jest prowadzić następujące badania:
· wstępne badania kruszyw – odpowiednie do zamierzonego zastosowania, powinny być przeprowadzane w celu sprawdzenia zgodności z wyspecyfikowanymi wymaganiami w następujących przypadkach:
a) wykorzystywane jest nowe źródło kruszyw
b) wystąpiły większe zmiany w charakterze surowców lub w procesie przeróbki, mogące wpłynąć na właściwości kruszyw
· fabryczna kontrola produkcji – zakładowy system fabrycznej kontroli produkcji.
OPIS PETROGRAFICZNY
Badanie to polega na określeniu procentowego udziału w kruszywie grup skał czy minerałów. Przeprowadza się je oddzielnie dla kruszywa grubego i kruszywa drobnego, po przesianiu przez sito # 4 mm.
W przypadku kruszywa grubego należy ręcznie posortować określoną masę kruszywa na rodzaje skał czy minerałów posługując się lupą, igłą lub kwasem solnym. Poszczególne grupy należy zważyć i określić ich procentową zawartość:
[%]
gdzie:
msk – masa wybranej grupy
ms – ogólna masa próbki.
W przypadku kruszywa drobnego określa się tylko zawartość kwarcu. Próbkę kruszywa rozsypuje się na papierze milimetrowym. W wybranych polach, np. o powierzchni 1cm2 należy policzyć ziarna kwarcu i łączną liczbę ziaren (zwykle przy pomocy lupy). Zawartość kwarcu określa się wg wzoru:
lk – liczba ziaren kwarcu
l – ogólna liczba ziaren.
Jako wynik traktujemy średnią z kilku pól.
BADANIE ZAWARTOŚCI ZANIECZYSZCZEŃ OBCYCH
Przez zanieczyszczenia obce należ rozumieć ciała nie będące kruszywem kamiennym, takie jak kawałki drewna, gruzu, muszli itp., które zostały wprowadzone do kruszywa w wyniku niewłaściwego transportu, składowania lub procesu wytwórczego.
Badanie polega na ręcznym wybraniu obcych zanieczyszczeń z rozsypanej na płaskiej powierzchni próbki kruszywa z znanej masie, zważeniu ich i obliczeniu wskaźnika procentowego:
mo – masa zanieczyszczeń obcych
m – ogólna masa próbki.
BADANIE ZAWARTOŚCI ZANIECZYSZCZEŃ ORGANICZNYCH
Jest to badanie o charakterze jakościowym, pozwalające stwierdzić fakt obecności związków organicznych bez określania jakie to związki i ile ich jest. Polega ono na porównaniu barwy roztworu wodorotlenku sodowego, którym zalano próbkę kruszywa z barwą roztworu wzorcowego (słomkowożółta).
Umieszczoną w szklanym cylindrze próbkę kruszywa zalewa się 3% roztworem NaOH i po 24 godzinach porównuje się barwę roztworu nad kruszywem z barwą cieczy wzorcowej. Barwa ciemniejsza świadczy o nadmiernym zanieczyszczeniu kruszywa substancjami organicznymi.
OZNACZANIE SKŁADU ZIARNOWEGO
Metoda polega na rozdzieleniu materiału za pomocą zestawu sit na kilka frakcji ziarnowych, klasyfikowanych wg zmniejszających się wymiarów.
Wymiary otworów i liczbę sit dobiera się w zależności od rodzaju próbki i wymaganej dokładności. Do oznaczenia należy stosować tylko sita z kwadratowymi otworami o wymiarach: 0,063mm; 0,125mm; 0,250mm; 0,500mm; 1mm; 2mm; 4mm; 8mm; 16mm; 31,5mm; 63mm; 125mm. Sita, w których wymiary otworów wynoszą 4mm i więcej powinny być wykonane z perforowanych płyt o otworach kwadratowych (jednakowych, symetrycznie
rozmieszczonych). Sita badawcze o otworach mniejszych niż 4mm powinny być plecione z drutu.
Oznaczanie przeprowadza się na próbce analitycznej wysuszonej do stałej masy (M1) poprzez jej ogrzewanie w temp. (110±5)ºC.
Badanie może być wykonywane dwiema metodami: na mokro (przemywanie) i na sucho (przesiewanie).
W metodzie przesiewania przemyty i wysuszony materiał (lub bezpośrednio suchą próbkę) na zestaw sit złożony z kilku sit zmontowanych, ułożonych od góry do dołu wg malejących wymiarów oraz denka i pokrywy.
Zestaw sit wstrząsamy mechanicznie lub ręcznie. Proces przesiewania może być uznany za zakończony, gdy masa zatrzymywanego materiału nie zmienia się więcej niż o 1,0% po 1 min przesiewania.
Następnie ważymy materiał pozostający na sicie o największych wymiarach otworów i zapisujemy jego masę jako R1.Tę samą operację powtarzamy dla sita położonego niżej i zapisujemy jego masę jako R2. Kontynuujemy tę samą operację dla wszystkich sit zestawu w celu uzyskania mas pozostających na poszczególnych sitach i zapisujemy te masy jako R3, R4,
R5,..., Rn. Na koniec ważymy przesiany materiał pozostający na denku i zapisujemy jego masę jako P.
Obliczmy masy pozostające na każdym sicie w procentach w stosunku do suchej masy M1, następnie obliczamy procentową zawartość wyjściową suchej masy kruszywa przechodzącej przez każde sito z wyjątkiem masy przechodzącej przez sito 63μm. Procentową zawartość pyłów (f) przechodzących przez sito 63μm obliczamy ze wzoru:
M1 – masa suchej próbki analitycznej, w kilogramach
M2 – masa suchej pozostałości na sicie 63μm, w kilogramach
P – masa przesianego materiału znajdującego się na denku, w kilogramach.
Jeżeli suma mas Ri, M2 i P różni się więcej niż 1% od masy M1, badanie należy powtórzyć.
OZNACZANIE GĘSTOŚCI NASYPOWEJ
Gęstość nasypowa – stosunek masy próbki do jej objętości wraz z porami w ziarnach oraz przestrzeniami międzyziarnowymi. Jest to wielkość charakteryzująca wszelkie materiały sypkie. Określa się ją w stanie luźnym i zagęszczonym.
Gęstość nasypowa w stanie luźnym
Cylinder o masie (m1) i objętości (V) wypełnia się kruszywem sypanym czerpakiem opartym o górną krawędź aż do przesypania, przy czym krawędź czerpaka nie powinna w żadnym przypadku znaleźć się wyżej niż 50 mm od brzegu pojemnika. Po ostrożnym usunięciu nadmiaru kruszywa za pomocą stalowego zgarniaka należy zważyć wypełniony kruszywem cylinder (m2) z dokładnością do 0,1%.
Gęstość nasypową w stanie luźnym rb oblicza się ze wzoru :
rb= [Mg/m3]
rb – gęstość nasypowa w stanie luźnym, w megagramach na metr sześcienny
m1 – masa pustego pojemnika, w kilogramach
m2 – masa pojemnika z próbką do badania, w kilogramach
V – pojemność pojemnika, w litrach.
Gęstość nasypowa w stanie zagęszczonym
Wypełniony kruszywem cylinder należy postawić na stoliku wibracyjnym i wibrować przez 3 minuty, następnie uzupełnić kruszywo z „nadmiarem” i wibrować jeszcze przez 1 minutę. Po zakończeniu wibrowania usuwa się nadmiar kruszywa, wyrównując powierzchnię i waży cylinder wypełniony kruszywem (m3).
Gęstość nasypową w stanie zagęszczonym rbz oblicza się ze wzoru :
rbz= [Mg/m3]
rbz – gęstość nasypowa w stanie zagęszczonym, w megagramach na metr sześcienny
m3 – masa pojemnika z próbką po zagęszczaniu, w kilogramach
OZNACZANIE JAMISTOŚCI
Jamistość –objętość wolnych przestrzeni między ziarnami kruszywa znajdującego się w pojemniku, obliczona zgodnie ze wzorem:
v=
v – jamistość wyrażona w procentach
rp – gęstość cząstek wysuszonych w suszarce lub wstępnie suszonych, w megagramach na metr sześcienny.
OZNACZANIE GĘSTOŚCI OBJĘTOŚCIOWEJ (POZORNEJ) I GĘSTOŚCI
Gęstość objętościowa (pozorna) – jest to stosunek masy kruszywa w stanie suchym do jego całkowitej objętości wraz z porami wewnętrznymi, bez przestrzeni międzyziarnowych.
Gęstość – jest to stosunek masy kruszywa w stanie suchym (dopuszcza się również badanie na próbkach powierzchniowo osuszonych lub nasyconych do stałej masy) do jego objętości (bez przestrzeni międzyziarnowych i porów wewnątrz ziaren).
W zależności od wielkości ziaren kruszywa i od jego rodzaju badania te wykonuje się jedną z siedmiu metod opisanych w normie (PN-EN 1097-6 Badania mechanicznych i fizycznych właściwości kruszyw – część 6). Jest to kilka wariantów metody „drucianego kosza” i metody piknometrycznej.
Przykładowo dla kruszywa o wymiarach ziaren od 31,5 mm do 63 mm stosuje się metodę drucianego kosza. Przygotowaną próbkę umieszcza się w drucianym koszu i zanurza w wodzie o temp. (22±3)°C tak, aby woda sięgała co najmniej 50 mm powyżej górnej części kosza. Niezwłocznie po zanurzeniu podnieść kosz na wysokość 25 mm ponad podstawę zbiornika i ponownie zanurzyć 25 razy, z częstotliwością jedno zanurzenie na sekundę. Kosz z kruszywem pozostawić całkowicie zanurzony w wodzie przez (24±0,5) h. Następnie potrząsnąć koszem z próbką i zważyć w wodzie (na wadze hydrostatycznej) . Zapisać masę (M2) i temperaturę wody. Kruszywo usunąć z kosza i umieścić na suchej ściereczce, w razie potrzeby przenieść na drugą suchą ściereczkę i pozostawić na powietrzu, z dala od słońca lub innego źródła ciepła, do czasu , aż dostrzegalna błonka wody zostanie usunięta, lecz kruszywo zachowa jeszcze wilgotny wygląd. Zważyć kruszywo (M1). Pusty kosz umieścić w wodzie potrząsając 25 razy i zważyć (M3).
Kruszywo umieścić w suszarce w temperaturze (110±5)°C do osiągnięcia stałej masy (M4).
Gęstość objętościową obliczamy ze wzoru:
Gęstość (ziaren wysuszonych w suszarce) obliczamy ze wzoru:
Gęstość (ziaren nasyconych i powierzchniowo osuszonych) obliczamy ze wzoru:
M1 – masa nasyconego i powierzchniowo osuszonego kruszywa, w gramach;
M2 – masa objętościowa kosza z nasyconym kruszywem w wodzie, w gramach;
M3 – masa objętościowa pustego kosza w wodzie, w gramach;
M4 – masa wysuszonej w suszarce próbki kruszywa, w gramach;
rb – gęstość wody w temperaturze zapisanej podczas oznaczania M...
zuzia881