Politechnika Warszawska - Wydział Inżynierii Lądowej Katedra Inżynierii Materiałów Budowlanych
Sprawozdanie z ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu materiały budowlane
TEMAT: Badania cech technicznych kruszyw do betonu lekkiego
Nr ćwiczenia: 4		Data wykonania ćwiczenia: 23.10.08
Skład zespołu: Błaszczak Marcin Borkowski Paweł Chromiński Wojciech Krynicki Łukasz	Grupa: 3	Rodzaj studiów: dzienne	Prowadzący:
		Semestr: III	Ocena:

Spis treści

Wstęp teoretyczny

Ogólna definicja

Kruszywo - jest to sypki materiał pochodzenia organicznego bądź mineralnego stosowany głównie w produkcji zapraw budowlanych, betonów czy używany do budowy dróg.

Ogólna klasyfikacja kruszyw

Kruszywa używane w budownictwie zostały sklasyfikowane ze względu na gęstość ziaren w stanie suchym (def. wg PN - EN 206 - 1) w następujący sposób:

• Kruszywo ciężkie: gęstość ziarn ≥ 3000 kg/m³

• Kruszywo zwykłe: gęstość ziarn ≤ 3000 kg/m³ i ≥ 2000 kg/m³

• Kruszywo lekkie: gęstość ziarn ≤ 2000 kg/m³ lub gęstość nasypowa w stanie luźnym suchym ≤ 1200 kg/m³

Podział kruszyw lekkich ze względu na pochodzenie

1. Kruszywa pochodzenia sztucznego: pochodzenia mineralnego uzyskane w wyniku procesu przemysłowego obejmującego termiczną lub inną modyfikację

1. Kruszywa poddawane wysokotermicznej obróbce (powyżej 200°C - spiekanie)

1. Kruszywa z odpadów przemysłowych na bazie popiołów lotnych

2. Kruszywa z surowców mineralnych

2. Kruszywa poddawane niskotermicznej obróbce (poniżej 200°C)

1. Kruszywa z odpadów przemysłowych na bazie popiołów lotnych

2. Kruszywa z recyklingu: powstałe w wyniku przeróbki nieorganicznego materiału zastosowanego uprzednio w budownictwie

3. Kruszywa odpadowe: pochodzenia mineralnego z jakiegokolwiek procesu przemysłowego (poddane jedynie obróbce mechanicznej)

1. Odpady pohutnicze

2. Odpady pogórnicze

3. Odpady przemysłu energetycznego

4. Kruszywa naturalne: pochodzenia mineralnego, które poza obróbką mechaniczną nie zostały poddane żadnej innej obróbce

Właściwości chemiczne kruszyw

Bardzo ważnym aspektem oceny przydatności kruszywa do betonu są jego właściwości chemiczne. To one decydują czy badane przez nas kruszywo będzie w jakikolwiek sposób reagować ze składnikami cementu, powodować korozję czy też pogarszać jego właściwości wytrzymałościowe.

Zgodnie z normą (PN - EN 1744 - 1) przeprowadza się szereg oznaczeń chemicznych, które mają na celu określić „czystość” kruszyw i jego przydatność do betonu.

1. Zawartość niespalonego węgla: jest przyczyną pęcznienia betonu pod wpływem wilgoci. Niektóre rodzaje węgla przy pewnym stopniu wypalenia nie wykazują pęcznienia, tym nie mniej inne jego rodzaje (np.: geologiczne „młode”) są bardziej podatne na to zjawisko. Norma dopuszcza maksymalnie 6% straty prażenia węgla (zależnie od rodzaju kruszywa i jego składu ziarnowego).

2. Zawartość siarki: siarka może powodować powstawanie w betonie związków, które zwiększają swoją objętość i doprowadzają do jego pękania. Z tego powodu norma dopuszcza maksymalnie 3% zawartość związków siarki w kruszywie lekkim (w przeliczeniu na SO₃).

3. Rozpad krzemianowy: w żużlach bogatych w wapno występuje krzemian dwuwapniowy odmiany γ. W betonie może on przechodzić w odmianę β, która powiększa swoją objętość o około 11%. Doprowadza to do rozsadzania ziarn żużla i pękanie betonu.

4. Rozpad wapniowy: z tą reakcją chemiczną mamy do czynienia podczas przejściu tlenku wapniowego w wodorotlenek wapniowy. Efektem reakcji mogą być pęknięcia i odpryski w ziarnach kruszywa.

5. Rozpad żelazowy: nadmierna ilość żelaza dwuwartościowego w połączeniu ze związkami siarki może prowadzić do tworzenia się siarczku żelazowego FeS. Z kolei ten pod wpływem wody przekształca się w Fe(OH)₂ rozszerzając swoją objętość (nawet o 38%).

Jak można wnioskować, bardzo wysokie wymagania nakłada się na kruszywo pod względem utrzymywania stałej objętości. Jest to jeden z podstawowych warunków, które kruszywo musi spełniać przy swoim składzie chemicznym, ponieważ w przeciwnym wypadku doprowadza to do niszczenia struktury betonu.

Glinoporyt

Jest to kruszywo produkowane z glin o niskim współczynniku spęcznienia s=1,5. W procesie wytwarzania glinoporytu stosuje się gliny niepęczniejące, co wymusza użycie paliwa technologicznego w postaci węgla (mułu, miału węglowego). Proces produkcji polega na spiekaniu gliny wraz z paliwem, w wysokiej temperaturze i w urządzeniach spiekalniczych, oraz odparowaniu wody. W jego wyniku otrzymuje się porowaty spiek podlegający kruszeniu. Ze względu na urządzenie użyte do produkcji (taśmy aglomeracyjne) glinoporyt jest też nazywany agloporytem.

Porowatość kruszywa jest wynikiem odparowania wody, wypalenia części organicznych i wydzielania się gazów (w fazie plastyczności) spiekanej masy. Ziarna glinoporytu mają nieforemny kształt, różnorodną wielkość i ilość porów (otwartych, co jest przyczyną dużej powierzchni ziaren). Do produkcji glinoporytu można użyć większość pospolitych surowców ilastych występujących w Polsce, np.: gliny morenowe, lessy, mady rzeczne.

Wybrane dane charakterystyczne glinoporytu: porowatość ziaren 20 - 40 %, nasiąkliwość 18 - 25 %, barwa od szarej do ceglastej, gęstość objętościowa 1300 - 1600 kg/m³, gęstość nasypowa 650 - 1200 kg/m³.

Część praktyczna

Oznaczanie gęstości nasypowej

Opis

Gęstość nasypowa jest to jedna z cech niezbędnych w projektowaniu betonów lekkich kruszywowych. Wskazuje ona przybliżoną markę kruszywa. Jest wyznaczana dla wszystkich kruszyw przeznaczonych do betonów lekkich.

Badanie polega na obliczeniu masy kruszywa do objętości jaką zajmuje wraz z wolnymi przestrzeniami między ziarnami kruszywa.

Pomiar wykonuje się odnotowując masę wsypanego kruszywa do naczynia o znanej objętości.

Wyniki

Powyższe oznaczenie przeprowadzono dla kruszyw o dwóch różnych frakcji 4-8 oraz 8-16. Wyniki badania przedstawia Tabela 1.

Tabela 1 Wyniki oznaczenia gęstości nasypowej

Badana frakcja	Objętość naczynia	Masa wsypanego kruszywa	Gęstość nasypowa
4-8	2 l = 2 dm^3	1471 g	735,5 kg/m^3
8-16	5 l = 5 dm^3	3046 g	609,2 kg/m^3

Wymagania

Kruszywo uznaje się za lekkie jeżeli jego gęstość ziarn w stanie suchym nie przekracza 2000kg/m³. Inny podział mówi, że jeżeli gęstość nasypowa kruszywa w stanie luźnym nie przekracza 1200 kg/m³, to jest to kruszywo lekkie. Obydwa rodzaje podziałów są zgodne z normą PN - EN 206 - 1.

Wnioski

Obydwa kruszywa spełniają warunki normowe, a zatem są zaliczane do kruszyw lekkich. Kruszywo o drobniejszej frakcji (4-8) ma większą gęstość nasypową, a zatem jest to kruszywo o mniejszej porowatości. A zatem beton, w którym zastosowanoby powyższe kruszywo wykazywałby lepsze cechy wytrzymałościowe niż ten, którego składnikiem byłoby kruszywo frakcji 8-16.

Oznaczanie uziarnienia kruszywa

Opis

W każdym kruszywie frakcjonowanym może występować pewna ilość ziarn przechodzących przez dolne sito (podziarno) i nieprzechodzących przez górne sito (nadziarno).

Badanie polega na procentowym określeniu zawartości nadziarna i podziarna we frakcji badanego kruszywa.

Pomiar wykonuje się przesiewając minimalną ilość kruszywa (odpowiednią dla każdej z badanych frakcji zgodnie z normą) przez zestaw sit. Sito górne o wymiarze D ma górną wartość frakcji, dolne o wymiarze d dolną wartość badanej frakcji. Ilość kruszywa, które nie przejdzie przez sito górne D, określa się mianem nadziarna, zaś ilość kruszywa, która przejdzie przez dolne sito d, podziarna.

Wyniki

Badanie zostało wykonane dla kruszyw o dwóch różnych frakcjach 4-8 oraz 8-16. Wyniki badania przedstawia Tabela 2.

Tabela 2 Wyniki oznaczenia uziarnienia kruszywa

Badana frakcja	Ilość kruszywa poddana badaniu	Ilość nadziarna	Ilość podziarna	Procentowa zawartość nadziarna	Procentowa zawartość podziarna
4-8	800 g	95,0 g	88,4 g	11,88%	11,05%
8-16	1600 g	16,0 g	128,0 g	1,00 %	8,0%

Wymagania

Według PN - EN 13055 - 1 w kruszywach jednofrakcyjnych ogranicza się zawartość nadziarna do 10% masy, zaś podziarna do 15% masy. Wymóg dotyczy wszystkich kruszyw lekkich przeznaczonych do betonów lekkich.

Wnioski

Kruszywo o frakcji 4-8 nie spełnia wymagań normowych, ponieważ ilość nadziarna przekracza 10% masy kruszywa. Stąd nie może być stosowane jako kruszywo do betonu lekkiego. Natomiast kruszywo o frakcji 8-16 spełnia wymagania normowe, a zatem może być zastosowane w betonach lekkich.

Oznaczenie wytrzymałości na miażdżenie

Opis

Oznaczenie jest wykonywane dla kruszywa o frakcjach od 4 d 31,5 mm i wykorzystywane jest do kontroli jakości produkowanego kruszywa.

Według starej normy badanie polega na wyznaczeniu tzw. wskaźnika rozkruszenia, który jest miarą wytrzymałości na miażdżenie pojedynczej frakcji kruszywa, który oblicza się wg wzoru:
, gdzie m - masa próbki kruszywa przed badaniem, m1 - masa próbki po badaniu. Dokładność współczynnika podaje się do jednego miejsca po przecinku.

Do pomiaru wykorzystuje się następujące przyrządy:

• Stalowy cylinder z dnem rozłącznym i rdzeniem w postaci tłoka

• Sita kontrolne

• Prasę hydrauliczną o nacisku co najmniej 200kN

• Wagę techniczną

• Suszarkę laboratoryjną szafkową

Próbki kruszywa użyte w badaniu wysusza się do stałej masy w temperaturze 105°C - 110°C i umieszcza w stalowym tłoku. Ich objętość powinna wynosić ok. 1,8 dm³. Powierzchnię kruszywa wyrównuje się i umieszcza na niej stalowy tłok. Następnie Badane kruszywo poddaje się równomiernemu naciskowi, z przyrostem siły nacisku 1.0 - 1.5 kN. Nacisk należy natychmiast zwolnić po uzyskaniu siły 50 kN. Po wykonaniu tej czynności należy rozsiać zawartość cylindra na situ kontrolnym (dla frakcji 8-16 jego wymiar wynosi 2 mm) zgodnym z wytycznymi normowymi. Ostatnim etapem badania jest obliczenie wskaźnika rozkruszenia.

Nowa norma (PN - EN 206 z 2003r.) wprowadziła nową metodę pomiaru odporności na miażdżenie (załącznik A do PN - EN 13055 - 1), odmienną dla kruszyw lekkich o gęstości nasypowej poniżej bądź powyżej 150 kg/m³. Kruszywo umieszczone wewnątrz cylindra jest poddawane dwukrotnie czynności wibrowania, co prowadzi do jego zagęszczenia. Następnie na powierzchni ubitego kruszywa umieszcza się tłok, który pod naciskiem siły zagłębia się w kruszywo. Dla kruszyw o gęstości powyżej 150 kg/m³ doprowadza się do zagłębienia tłoku o 20 mm w czasie 100 s, natomiast poniżej 150 kg/m³ 50 mm w czasie 100 s. W obu przypadkach obserwuje się działającą siłę.

Za wynik badania przyjmuje się sumę wg wzoru
, gdzie L - siła wywierana przez tłok, F - siła potrzebna do zagęszczenia, A - powierzchnia tłoka. Jednostka to : MPa.

Wyniki

Oznaczenie przeprowadzono dla kruszywa o frakcji 8-16. Wyniki badania przedstawia Tabela 3.

Tabela 3 Wyniki oznaczenia wytrzymałości na miażdżenie

Badana frakcja	Masa kruszywa przed badaniem	Masa kruszywa po badaniu	Wskaźnik rozkruszenia
8-16	1090 g	1026 g	5,9%

Wymagania

Wraz z wejściem do Unii Europejskiej zgodnie z nową normą PN - EN 206 - 1 zaczęto używać nowych oznaczeń betonu, tzn. zwykły i ciężki symbolem C, lekki symbolem LC, np.: LC 20/22. Ów zapis oznacza minimalną wytrzymałość na ściskanie w MPa dla próbek walcowych (pierwsza liczba) oraz sześciennych (druga liczba). Należy dodać, że jest to wytrzymałość charakterystyczna, a więc minimalna wytrzymałość osiągana przez co najmniej 95% próbek, co jest równoznaczne z 5% przedziałem ufności. Ten zapis normowy zastąpił starszy, w którym beton był oznaczany jako B, zaś lekki LB.

Tym nie mniej wymagania normowe mówiły, że wskaźnik rozkruszania dla kruszyw przeznaczonych do betonów LB 25 nie powinienbył przekraczać 16%, zaś dla klas poniżej LB 25 - 22%.

Wnioski

Badane kruszywo spełniało warunki stawiane kruszywom przeznaczonym do betonu LB 25, a zatem mogło być użyte w betonach tej klasy. Biorąc pod uwagę obecne normy kruszywo spełnia wymagania do użycia w betonach klasy LC 20/22.

Oznaczenie ziaren nieforemnych

Opis

Ziarna nieforemne mogą pogarszać urabialność mieszanki betonowej i wytrzymałość betonu. W kruszywie lekkim grubym jednofrakcyjnym mogą występować pewne ilości ziaren nieformalnych. Oznaczenie polega na obliczeniu procentowego udziału tych ziaren w badanej frakcji kruszywa.

Do badania należy przygotować odpowiednią ilość kruszywa (określoną przez normę). Pomiar wykonuje się przy użyciu tzw. suwmiarki Schulza. Każde ziarno kruszywa należy umieścić w suwmiarce i zmierzyć jego największy wymiar. Następnie (nie zmieniając rozstawu suwmiarki) należy dokonać próby przepuszczenia owego ziarna przez drugie ramię urządzenia. Jeżeli wynik próby będzie pomyślny mamy wówczas do czynienia z ziarnem nieforemnym.

Po sprawdzeniu wszystkich ziaren oblicza się procentowy wskaźnik kształtu wg wzoru:
, gdzie M1 - masa próbki w gramach, M2 - masa ziaren nieforemnych w gramach.

Wyniki

Powyższe oznaczenie przeprowadzono dla kruszywa o frakcji 8-16. Wyniki badania przedstawia Tabela 4.

Tabela 4 Wyniki oznaczenia ilości ziaren nieforemnych

Badana frakcja	Ilość badanego kruszywa	Ilość ziaren nieforemnych	Wskaźnik kształtu
8-16	1000 g	7,5 g	0,75%

Wymagania

Zawartość ziarn nieforemnych kruszywa nie powinna przekroczyć 1%.

Wnioski

Ziarna nieforemne w badanej próbce stanowią poniżej 1% zawartości, a zatem badana frakcja kruszywa spełnia wymagania normy i może być zastosowana do celów budowlanych.

Spis tabel

9

---