SPRAWOZDANIE

TECHNOLOGIA BETONÓW

KRUSZYWA

Wykonali:

1. Łukasz Stempin gr. 13

2. Paweł Stefanowski gr. 13

3. Adam Smycz gr. 13

KRUSZYWA

Kruszywo jest to ziarnisty materiał stosowany w budownictwie. Stanowi podstawową część betonu i zajmuje średnio od 60% do 70% jego objętości. Jest składnikiem tanim, powszechny i nie wchodzącym w żadne reakcje chemiczne pod wpływem wody. Często określane jest jako wypełniacz. Ze względu na właściwości kruszyw takie jak:

• uziarnienie

• kształt

• porowatość

• nasiąkliwość

• wilgotność

• wytrzymałość na rozdrabnianie

nie należy opisywać kruszyw jedynie mianem wypełniacza, ponieważ mają znaczący wpływ na cechy charakterystyczne betonu, a także decydują o urabialności mieszanki betonów.

Podział kruszyw możliwy jest ze względu na kilka aspektów.

Ze względu na pochodzenie wyróżniamy:

1. Kruszywa Naturalne – są to kruszywa pochodzenia mineralnego, które poza obróbką mechaniczną (płukanie, kruszenie) nie zostały poddane innej obróbce np. piasek, żwir, otoczaki, pospółka oraz kruszywa naturalne łamane miał, grys, tłuczeń, glina. Ich rozdrobnienie uzyskujemy w wyniku procesów przyrodniczych (mróz, wiatr, prądy wodne) lub dodatkowo po obróbce mechanicznej. Efektem działania tylko sił przyrody są zaokrąglone ziarna o gładkiej powierzchni, a jeżeli celowo skruszymy skałę litą to otrzymamy kruszywo o ostrych krawędziach i szorstkiej powierzchni.

2. Kruszywo Sztuczne – są to kruszywa pochodzenia mineralnego uzyskane w wyniku procesu przemysłowego obejmującego termiczną obróbkę lub inną modyfikację np. keramzyt, pollytag).

3. Kruszywo z recyklingu – są to kruszywa powstałe w wyniku przeróbki nieorganicznego materiału zastosowanego uprzednio w budownictwie np. gruz ceglany, gruz betonowy.

Podział ze względu na wielkość ziaren:

1. Kruszywo drobne – kruszywo o średnicy ziaren D≤4mm

2. Kruszywo grube – kruszywo o średnicy ziaren D≥4mm oraz d≤2mm
   
   gdzie: D – sito górne, przez które ziarno przeszło
   d- sito dolne, na którym zatrzymało się ziarn

3. Kruszywo Wypełniające – jest to kruszywo, które przechodzi przez sito o średnicy oka 0,063mm (pyły)

Swoje właściwości fizyczne, chemiczne i mechaniczne kruszywa naturalne zawdzięczają skałom, z których pochodzą. Rozróżniamy:

1. Skały magmowe – powstałe w wyniku stygnięcia lawy wulkanicznej; charakteryzuje je wysoka wytrzymałość na ściskanie

2. Skały osadowe – powstały na skutek sedymentacji składników organicznych

3. Skały metamorficzne – przeobrażone skały magmowe lub osadowe powstałe w skutek zmiany warunków fizycznych

BADANIE KRUSZYW

1. Badanie wstępne – kompleksowe badanie normowe

2. Badanie fabryczne – zakładowa kontrola produkcji

1. Badanie składu petrograficznego.

Polega na określeniu procentowego udziału grup skał lub minerałów w kruszywie. Przeprowadza się je oddzielnie dla kruszywa grubego i kruszywa drobnego, po przesianiu przez sito o oku 4mm.

Kruszywo grube: Kruszywo sortujemy ręcznie ze względu na masę, a następnie przy użyciu lupy, igły lub kwasu solnego dzielimy na dokładniejszy rodzaj skał i minerałów. Po segregacji poszczególne grupy należy zważyć i określić wskaźnik zawartości skały w danej próbce ze wzoru: $Z_{\text{sk}} = \frac{m_{\text{sk}}}{\text{ms}}*100\%$ gdzie m_sk- masa wybranej grupy ; m_s- ogólna masa próbki

Kruszywo drobne: Określamy tylko zawartość kwarcu. Próbkę kruszywa o znanej masie rozsypuje się na papierze milimetrowym, a następnie wybiera się kilka pól o powierzchni 1cm² i przy pomocy lupy należy policzyć ziarna kwarcu i łączną ilość ziaren. Wskaźnik zawartości kwarcu wyliczamy ze wzoru: $Z_{k} = \frac{l_{k}}{l}*100\%$ gdzie l_k- liczba ziaren kwarcu,

l- ogólna liczba ziaren. Jako wynik traktujemy średnią z kilku pól.

1. Badanie zawartości zanieczyszczeń obcych.

Zanieczyszczenia obce czyli ciała nie będące kruszywem kamiennym np. kawałki drewna, gruzu, muszli itp. zostały wprowadzone do kruszywa w wyniku niewłaściwego transportu, składowania lub procesu wytwórczego. Badanie to polega na ręcznym wybraniu obcych zanieczyszczeń z rozsypanej na płaskiej powierzchni próbki o znanej masie. Wskaźnik zawartości zanieczyszczeń ciał obcych wyliczamy ze wzoru: $Z_{o} = \frac{m_{o}}{m}*100\%$ gdzie m_o- masa zanieczyszczeń obcych, m – ogólna masa próbki.

1. Badanie zawartości zanieczyszczeń organicznych.

Jest to badanie o charakterze jakościowym pozwalające stwierdzić fakt obecności związków organicznych, bez określania jakie są to związki i ile ich jest.

Próbkę kruszywa należy umieścić w szklanym cylindrze, a następnie zalać ją 3% roztworem wodorotlenku sodowego i odstawić na 24h. Po upływie doby trzeba porównać barwę cieczy nad kruszywem z barwą cieczy wzorcowej. Barwa ciemniejsza od cieczy wzorcowej świadczy o nadmiernej ilości zanieczyszczeń organicznych.

1. Badanie uziarnienia.

Przeprowadza się 3 metody przesiewu na mokro, sucho , oraz po zamoczeniu suszymy i przesiewamy.

Badanie to polega na rozdzieleniu materiału kamiennego za pomocą sit na kilka frakcji ziarnowych. Wymiary otworów i liczbę sit dobiera się w zależności od rodzaju próbki i wymagań dokładności. Do badań używamy sit z otworami kwadratowymi o wymiarach 0.063mm, 0.125mm, 0.25mm, 0.5mm, 1mm, 2mm, 4mm, 8mm, 16mm, 31.5mm, 63mm i 125mm. Sita o wymiarach większych lub równych 4mm są wykonywane z płyt perforowanych o otworach kwadratowych symetrycznie rozmieszczonych po całej powierzchni, natomiast przy oczkach mniejszych od 2mm stosuje się sita plecione z drutów.

Metoda przemywania: Całe badanie przeprowadzamy na próbce o znanej masie M₁- stała masa wyznaczona przez wysuszenie w temp. 110^oC (±5). Próbkę umieszczamy w pojemniku dodając tyle wody aby próbka była całkowicie zanurzona, intensywnie mieszamy w celu odprowadzenia pyłów do zawiesiny. Bierzemy sito najdrobniejsze zwilżamy powierzchnie z obu stron. Zakładamy na nie sito ochronne(1/2mm)i wylewamy na nie zawartość pojemnika. Ustawiamy pod bieżącą wodą i kontynuujemy przemywanie do czasu aż woda przepływająca przez sito 0.063 będzie klarowna. Pozostałość na sicie 0.063mm suszymy w temperaturze 110^oC do stałej masy M₂.

Metoda przesiewania: Przemyty i wysuszony materiał o znanej masie wsypujemy na zestaw sit ułożony od najmniejszego do największego). Przesiewanie odbywa się przez potrząsanie. Przesiewamy próbkę do momentu gdy masa przesiewanego materiału nie zmieni się więcej niż o 1% po 1 min przesiewania. Ważymy materiał pozostający na poszczególnych sitach i na koniec ważymy ziarna kruszywa, które zostały na denku.

Procentową ilość pyłów można wyliczyć ze wzoru:

$$f = \frac{\left( M_{1} - M_{2} \right) + P}{M_{1}}*100\%$$

gdzie: 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)

d/D	[g]	[%]	[%]
16/31,5	0	0	100
8/16	36	3,6	100
4/8	319+2	32,1	96,4
2/4	284	28,4	64,3
1/2	300+2	30,2	35,9
0.5/1	48	4,8	5,7
0.25/0.5	9	0,9	0,9
0.125/0.25	0	0	0
0/0.125	0	0	0
	996+4	100

Kolorem czerwonym oznaczyliśmy górną granicę dobrego uziarnienia, a zielonym dolną granicę. Nasz wykres (kolor niebieski) w całości nie pokrywa się z obszarem dobrego uziarnienia. Oznacza to, że badany żwir nie jest wzorcowy.

OZNACZENIE GESTOSCI OBJETOSCIOWEJ (POZORNEJ) I GESTOSCI.

Gęstość – stosunek masy kruszywa w stanie suchym do jego objętości (bez przestrzeni międzyziarnowych i porów wewnątrz ziaren)
Gęstość pozorna – stosunek masy kruszywa w stanie suchym do jego całkowitej objętości wraz z porami wewnętrznymi, bez przestrzeni międzyziarnowych

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 jeżeli chcemy wykonać badanie dla ziaren od wymiarach od 31,5mm do 53mm to musimy wykorzystać metodę drucianego kosza. Umieszczoną w drucianym koszu próbkę zanurzamy w wodzie o temp. (22 ± 3)^oC zwracając uwagę aby woda sięgała co najmniej 50mm powyżej górnej krawędzi kosza. Natychmiastowo po zanurzeniu należy podnieść kosz na wysokość 25mm ponad podstawę zbiornika i dokonać 25 ponownych zagłębień z częstotliwością jednego zanurzenia na sekundę. Następnie używając wagi hydrostatycznej należy po wcześniejszym potrząśnięciu kosza z próbką zważyć go w wodzie i zapisujemy masę M₂ oraz temperaturę wody. Kruszywo wydobyć z kosza i umiejscowić 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. Powinniśmy jednak dopilnować aby kruszywo zachowało swój wilgotny wygląd. Dokonujemy zważenia i zapisania masy M₁. Pusty kosz umieszczamy w wodzie potrząsając 25 razy i zważyć M₃. Kruszywo powinno teraz się suszyć w temp. 110 ± 5^oC do osiągnięcia stałej masy.
Gęstość objętościową obliczamy ze wzoru:

Gęstość (ziaren wysuszonych w suszarce) obliczamy ze wzoru:

Gęstość (ziaren nasyconych i powierzchniowo osuszonych) obliczamy ze wzoru:

gdzie:

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;

ρ_b – gęstość wody w temperaturze zapisanej podczas oznaczania M₂, w megaramach na metr sześcienny.

Gęstości obliczamy z dokładnością do 0,01 Mg/m³

OZNACZENIE SZCZELNOSCI

Polega na obliczeniu stosunku objętości materiału szczelnego do całkowitej objętości próbki kruszywa, czyli obliczeniu ilorazu gęstości pozornej i gęstości. Dla kruszyw nieporowatych szczelność s = 1.

OZNACZENIE NASIAKLIWOSCI

Nasiąkliwość jest to zdolność kruszywa do chłonięcia wody. Cechę tą badamy dla kruszyw grubych. Do tego badania również wykorzystujemy kosz druciany. Próbkę umieszczoną w koszu zanurzamy w wodzie o temp (22 ± 3)^oC tak aby woda sięgała co najmniej 50 mm powyżej górnej części kosza. Natychmiast po zanurzeniu podnosimy kosz na wysokość
25 mm ponad podstawę zbiornika i 25 razy zanurzamy kosz z częstotliwością 1 zanurzenia na sekundę. Kosz z kruszywem pozostawić całkowicie zanurzony w wodzie przez (24±0,5) h. Po 24 h 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).
Kruszywo umieścić w suszarce w temperaturze (110±5)°C do osiągnięcia stałej masy (M₄).

OZNACZENIE WILGOTNOSCI

Wilgotność jest to zawartość wody w masie kruszywa, możliwa do usunięcia w procesie suszenia. Próbkę analityczną o znanej masie (M₁) suszymy w suszarce w temperaturze (110±5)°C do uzyskania stałej masy (M₃)

OZNACZENIE POROWATOSCI

Polega na obliczeniu stosunku objętości porów ziaren kruszywa do całkowitej objętości próbki kruszywa

gdzie:
ρ - gęstość
ρ_a – gęstość objętościowa (pozorna)
s – szczelność

MROZOODPORNOSCI

Mrozoodporność jest to właściwość polegająca na odporności materiału na niszczące działanie wielokrotnego zamrażania i rozmrażania kruszywa nasyconego wodą. Mrozoodporność określa się tylko dla kruszyw grubych więc należy badaną próbkę przesiać przez sio ot oku 4mm. Do wykonania badania potrzebne są 3 próbki.

OZNACZENIE GESTOSCI NASYPOWEJ W STANIE LUZNYM I ZAGESZCZONYM

Badanie gęstości nasypowej

Gęstość nasypowa jest to 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.

1. W stanie luźnym.

Do cylindra o znanej masie i objętości (2dm³) wyspaliśmy kruszywo aż do przesypania się. Następnie przy użycie stalowego zgarniaka usunęliśmy nadmiar kruszywa. Zwaliśmy kruszywo i otrzymaliśmy m₂. Gęstość nasypową w stanie luźnym obliczyliśmy ze wzoru:

ρ_b= [$\frac{\text{kg}}{dm^{3}}$]

gdzie:
ρ_b – 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.

W naszym wypadku po podstawieniu danych wartość ta wyniosła 1,6045 $\frac{\text{kg}}{\text{dm}^{3}}$.

1. W stanie zagęszczonym.

Cylinder z kruszywem z poprzedniego zadania należy poddać wibracji przez 3 minuty, następnie uzupełnić kruszywo z nadmiarem i wibrować jeszcze przez 1 minutę. Po ukończeniu wibrowania usuwa się nadmiar kruszywa przy pomocy stalowego zgarniaka i dokonujemy pomiaru m₃. Gęstość nasypową w stanie zagęszczonym ρ_bz oblicza się ze wzoru :

ρ_bz= [$\frac{\text{kg}}{dm^{3}}$]

gdzie:
ρ_bz – gęstość nasypowa w stanie zagęszczonym, w megagramach na metr sześcienny
m₁ – masa pustego pojemnika, w kilogramach
m₃ – masa pojemnika z próbką po zagęszczaniu, w kilogramach

W naszym wypadku po podstawieniu danych wartość ta wyniosła $1,789\frac{\text{kg}}{dm^{3}}$

OZNACZENIE JAMISTOSCI W STANIE LUZNYM I ZAGESZCZONYM

Jamistość jest to objętość wolnych przestrzeni między ziarnami kruszywa znajdującego się w pojemniku. Metoda wykorzystywania przy badaniu jamistości opisana jest w normie PN-EN 1097-3. Do jej obliczenia używamy następującego wzoru:

v=

gdzie:
v – jamistość wyrażona w procentach
ρ_b – gęstość nasypowa w stanie luźnym, w megagramach na metr sześcienny
ρ_p – gęstość cząstek wysuszonych w suszarce lub wstępnie suszonych, w megagramach na metr sześcienny.

1. W stanie luźnym.

Po podstawieniu danych jamistość w stanie luźnym wyszła nam równa 39,5%.

1. W stanie zagęszczonym.

Po podstawieniu danych jamistość w stanie zagęszczonym wyszła nam równa 32,5%.

OZNACZENIE KSZTALTU ZIAREN

Oznaczenie wykonuje się przy użyciu miarki Schultza. Wynikiem badania jest procentowy wskaźnik kształtu:

gdzie:
M₁ – masa próbki analitycznej, w gramach
M₂ – masa ziaren nieforemnych, w gramach

Dla frakcji 16/31,5 o całkowitej masie m=206g zmierzyliśmy m_1N = 7g tak więc SI₁ = 3, 4%,

a dla frakcji 8/16 o masie m=295g otrzymaliśmy wynik m_2N = 41g co daje nam SI₂ = 13, 9%

WNIOSKI

Badane przez nas kruszywo jakim jest żwir nie nadaje się do użycia go w mieszance betonowej. Kruszywo do betonów powinno być tak dobrane aby po zmieszaniu go z cementem i wodą można je było szczelnie ułożyć, przy użyciu jak najmniejszej ilości wody. Oznacza to, że wodożądność kruszywa powinna być możliwie najmniejsza. Tak więc aby zużycie cementu było możliwie niskie kruszywo powinno posiadać niską ziarnistość.

W naszym wypadku jamistość wyszła powyżej 30%, a za idealną jamistość przyjmuje się wartość 25%-35%.W takich warunkach jest optymalna ilość wolnych przestrzeni do wypełnienia zaczynem. Poprawić uziarnienie można metodą kolejnych przybliżeń. Mając dwa kruszywa o różnym uziarnieniu miesza się je kolejno w różnych proporcjach, określając każdorazowo szczelność mieszanki lub jej jamistość. Za najlepszą uważa się tę proporcję, przy której mieszanka kruszywa posiada najwyższą gęstość i jednocześnie zawiera najmniej drobnych ziaren.

Analizując nasz wykres uziarnienia z wykresem wzorcowym widzimy, że niebieski wykres nie znajduje się w obszarze wyznaczonym przez kreski zieloną i czerwoną. Kruszywo to więc nie spełnia warunku dobrego uziarnienia i nie może być stosowane do betonu.