WYDZIAŁ NAUK TECHNICZNYCH

KIERDUNEK

BUDOWNICTWO

DATA

28.03.2011

TEMAT ĆWICZEŃ: BADANIE CECH TECHNICZNYCH KRUSZYW KAMIENNYCH I OZNACZANIE GĘSTOŚCI NASYPOWEJ KRUSZYWA

IMIĘ I NAZWISKO STUDENTA:

Kruszywo

Kruszywa są to ziarniste materiały budowlane wchodzące w skład zapraw i betonów, mieszanek do budowy dróg, warstw nawierzchni drogowych, warstw filtracyjnych, urządzeń drenażowych itp. Rozróżnia się:

• kruszywa mineralne – uzyskiwane w procesie mechanicznej przeróbki surowców skalnych.

• kruszywa sztuczne są uzyskiwane z surowców mineralnych, których struktura uległa przemianom w wyniku przeprowadzanych procesów cieplnych. Do kruszyw sztucznych są również zaliczane kruszywa uzyskiwane z surowców pochodzenia organicznego.

Ze względu na wielkość ziaren, kruszywo można podzielić na:

• Drobne – 0-4 mm grubości

• Grube – 4-31.5 mm grubości

• Bardzo grube - > 31.5 mm grubości

Oznaczenie składu ziarnowego i jego charakterystyka

Oznaczenie polega na określeniu procentowego udziału badanych frakcji ziarnowych kruszywa w ogólnej jego masie oraz wykreśleniu na tej podstawie krzywej uziarnienia.

Metody:

• metoda na sucho (kruszywa nie zawierające ziaren zbrylonych lub kruszywa lekkie - gdy przemywanie może zmienić ich fizyczne właściwości)

• metoda na mokro (kruszywa zaglinione)

Metodyka oznaczania uziarnienia kruszywa

• Pobrać do badania próbkę analityczną kruszywa o masie około:

• 1000 g dla kruszywa drobnego

• 3000 g dla kruszywa grubego

• 5000 g dla kruszywa bardzo grubego

• Przygotować 3 próbki, wysuszone w suszarce do stałej masy w temperaturze 105 + 2^o C i zważone z dokładnością do 1g

• Dobrać zestaw sit normowych (wymiary otworów kwadratowych oczek, liczba sit) w zależności od rodzaju próbki i wymaganej dokładności)

• Ustawić sita w komplecie w taki sposób, że sito
  o najmniejszych otworach znajduje się na dole, a nad nim sita o kolejnych większych otworach

• Przesiewać przygotowaną próbkę kruszywa przez zestaw zmontowanych sit normowych ręcznie lub za pomocą utrząsarki

Uwaga:

Przesiewanie można uznać za zakończone, gdy po jednej minucie wstrząsania ubytek masy kruszywa z każdego sita jest mniejszy niż 0,1 % masy próbki.

Przy dzieleniu próbki badanego kruszywa na części, wyniki odważań poszczególnych frakcji należy zsumować.

• Ustalić pozostałości (w gramach) na każdym z sit
  (z dokładnością do jednego miejsca po przecinku) oraz % udział tych pozostałości w badanej próbce kruszywa według wzoru:

a_i = m_i / m_s * 100%

gdzie:

a_i - procentowa zawartość ,,i’’ tej frakcji [g]

m_i – masa frakcji wydzielonej w wyniku przesiewania [g]

m_s – masa próbki pobranej do badania przed przesianiem [g]

Krzywa uziarnienia kruszywa

Krzywa sporządzana dla graficznego przedstawienia składu ziarnowego kruszywa w układzie osi współrzędnych oznaczających:

• średnice oczek sit w mm (oś pozioma)

• procentowo określoną ilość ziaren przechodzących przez sita zestawu normowego (oś pionowa)

Sita (wielkości oczek)	Pozostałości po sicie	Przesiew %
	g	%
31,5	0	0
16,0	0	0
8,0	187	6,3
4,0	2107	70,2
2,0	503	16,7
1,0	96	3,3
0,5	49	1,6
0,25	34	1,1
0,125	12	0,4
0,0	12	0,4
Razem	3000	100%

Oznaczanie zawartości płynów mineralnych w kruszywie

Badanie polega na określeniu procentowej zawartości pyłów mineralnych o uziarnieniu poniżej 0,063 mm.

Przyrządy do wykonania badania:

• suszarka szafkowa z termoregulacją

• waga techniczna do 5 kg

• waga laboratoryjna do 1000g

• naczynie metalowe o pojemności 2 l

• aparat Stokesa

Zawartość aparatu Stokesa:

• naczynie o pojemności 1000 ml

• łopatka drewniana

• urządzenie umożliwiające pochylenie naczynia o taki kąt, przy którym wyleje się zawartość naczynia aż do kreski ,,b’

Metoda oznaczania zawartości płynów:

• Pobrać do badania próbkę analityczną kruszywa o masie około:

• 500 g dla kruszywa drobnego

• 1000 g dla kruszywa grubego

• 2000 g dla kruszywa bardzo grubego

• Wysuszyć próbkę do stałej masy w suszarce w temperaturze 105 + 2^o C i zważyć z dokładnością do 1g

• Wsypać próbkę kruszywa do metalowego naczynia, dodać ok. 1 l wody, całość doprowadzić do wrzenia i gotować przez ok. 30 minut

• Wymieszać zawartość naczynia z wygotowanym kruszywem i pozostawić do ostygnięcia (temperatura pokojowa)

• Przelać wodę z zawartością pyłów i drobnych frakcji do aparatu Stokesa i uzupełnić całość czystą wodą do górnej kreski (a)

• Intensywnie wymieszać zawartość aparatu łopatką i pozostawić przez 10 s po zakończeniu skłócenia

• Wylać wodę zawartą między kreskami a i b przez podniesienie górnego ramienia podstawki aparatu

• Uzupełnić pozostałe kruszywo czystą wodą i ponownie wymieszać całość łopatką

• Powtarzać czynności aż do momentu, gdy zlewana woda będzie przezroczysta

• Przełożyć do zlewki pozostałe po badaniu kruszywo, wysuszyć je w suszarce do stałej masy (w temp. 105 - 107 º C) oraz zważyć
  z dokładnością do 1g

• Ustalić zawartość pyłów korzystając ze wzoru:

Z_p = (m – m₁) / m * 100%

gdzie:

z_p – zawartość cząstek ilastych i pyłów mineralnych usuniętych płukaniem [%]

m – masa próbki przed płukaniem [g]

m₁ – masa próbki po wypłukaniu i wysuszeniu [g]

Uwaga:

Ostateczny wynik powinien być średnią arytmetyczną z dwóch oznaczeń

Oznaczenie zawartości związków organicznych w kruszywie

Do badania potrzebna jest suszarka, waga i cylinder.

Postępowanie: Odważamy próbkę kruszywa o masie 500g. Umieszczamy w cylindrze o pojemności 1l. Zalewamy 3% roztworem NaOH tak, aby były dwie wysokości wsypanego kruszywa. Pozostawiamy to na 24h.

Oznaczenie gęstości nasypowej kruszywa

Gęstość nasypowa kruszywa – masa kruszywa nasypanego przypadająca na jednostkę objętości

• Gęstość nasypową materiałów sypkich liczy się w stanie luźnym i zagęszczonym

• Za wynik oznaczenia należy przyjąć średnią arytmetyczną z 3 próbek

• Wielkość próbki analitycznej (w litrach) oraz cylindra do określania objętości badanego kruszywa jest uzależniona od wymiarów maksymalnego ziarna

Przyrządy do badania gęstości nasypowej kruszywa w stanie luźnym:

• metalowy cylinder pomiarowy o objętości zależnej od uziarnienia badanego kruszywa (dla kruszywa lekkiego drobnego – 2l, dla kruszywa ciężkiego drobnego – 5l, dla kruszywa grubego lekkiego i ciężkiego – 10l)

• waga techniczna z dokładnością ważenia do 0,1% masy próbki analitycznej

• suszarka szafkowa

• liniał metalowy

Metodyka oznaczania gęstości nasypowej kruszywa w stanie luźnym:

• Ustalić masę metalowego cylindra miarowego o znanej pojemności (m₁)

• Napełnić cylinder kruszywem (z wys. 20cm), aż utworzy ono stożek wystający ponad brzegi cylindra

• Nadmiar kruszywa zgarnąć ostrożnie do poziomu górnej krawędzi cylindra, bez ugniatania i utrząsania

• Określić masę cylindra wraz zawartością (m₂)

• Wyznaczyć gęstość badanego kruszywa korzystając ze wzoru:

ρ_nl = (m₂ – m₁) / V

gdzie:

m₁ – masa pustego cylindra [g]

m₂ – masa cylindra z kruszywem w stanie luźno usypanym [g]

V – objętość cylindra pomiarowego [cm³]

Przyrządy do wykonania badania gęstości nasypowej kruszywa w stanie zagęszczonym:

• metalowy cylinder pomiarowy o objętości zależnej od uziarnienia badanego kruszywa waga techniczna
  z dokładnością ważenia do 0,1% masy próbki analitycznej

• suszarka szafkowa

• liniał metalowy

• stolik wibracyjny o częstotliwości drgań
  do 3000 drgań/min i amplitudzie drgań stolika nieobciążonego równej 0,5mm, a przy pełnym obciążeniu – 0,35mm

Metodyka oznaczania gęstości nasypowej kruszywa w stanie zagęszczonym:

• Na stoliku wibracyjnym ustawić i umocować cylinder miarowy o znanej masie (m₁)

• Wsypać próbkę analityczną kruszywa z nadmiarem i zagęścić przez wibrowanie w ciągu 3 minut

• Uzupełnić ubytek kruszywa do górnej krawędzi cylindra i ponownie rozpocząć wibrowanie

• Ustalić masę cylindra z zawartością (m₂)

• Wyznaczyć gęstość nasypową kruszywa w stanie zagęszczonym jak dla kruszywa w stanie luźnym

Oznaczanie gęstości pozornej kruszywa

• wlać wodę w ilości 500 cm³ do szklanego cylindra miarowego o pojemności 1000cm³

• wsypać próbkę kruszywa o masie m równej 500g

• odczytać objętość badanej próbki kruszywa ze skali na szklanym cylindrze (wzrost objętości wody równy jest objętości wsypanego kruszywa)

• obliczyć gęstość pozorną badanej próbki kruszywa

Oznaczanie szczelności kruszywa:

• Po wyznaczeniu gęstości nasypowej (w stanie zagęszczonym i luźnym) oraz gęstości pozornej ustala się parametry stosu. Są to szczelność kruszywa (nie mylić ze szczelnością ziarna) i jamistość kruszywa (nie mylić z porowatością ziarna)

• Szczelność kruszywa w stanie luźnym oblicza się
  ze wzoru:

S_k = ρ_nl / ρ_p * 100%

• Podobnie oblicza się szczelność kruszywa w stanie zagęszczonym

Oznaczanie jamistości kruszywa:

• Jamistość kruszywa w stanie luźnym oblicza się
  ze wzoru:

J_k = 100 - S_k

• Podobnie oblicza się jamistość kruszywa w stanie zagęszczonym

Oznaczenie wytrzymałości na miażdżenie

• Badanie polegające na ustaleniu % ubytku masy ziaren kruszywa w wyniku miażdżenia z określoną siłą próbki analitycznej umieszczonej w cylindrze stalowym

• Badanie wykonywane na frakcjach kruszywa w zakresie 4÷31,5 mm (kruszywo
  o uziarnieniu powyżej 31,5 mm bada się po rozdrobnieniu na frakcji 16÷31,5 mm)

Przyrządy do oznaczania wytrzymałości na miażdżenie kruszywa:

• Stalowy cylinder z dnem rozłącznym i rdzeniem w postaci tłoka

• Sita kontrolne o oczkach kwadratowych od 1 do 31,5mm

• Prasa hydrauliczna o nacisku co najmniej 200kN

• Waga techniczna o nośności 5kg

• Suszarka laboratoryjna szafkowa

Metodyka badania wytrzymałości na miażdżenie:

• Ze średniej próbki laboratoryjnej pobrać metodą kwartowania taką ilość kruszywa,
  aby po rozsianiu uzyskać ok. 2 l każdej przewidzianej do badania frakcji

• Z każdej wydzielonej frakcji pobrać próbkę analityczną o objętości 1,8 l

• Pomiar objętości przeprowadzać w stanie luźno usypanym, przy użyciu cylindra pomiarowego

• Próbki analityczne wysuszyć do stałej masy i zważyć z dokładnością do 0,1g

• Próbkę wsypać do cylindra, wyrównać powierzchnię, włożyć tłok do cylindra

• Całość umieścić w prasie i ściskać osiowo aż do uzyskania siły 200kN

• Po zakończeniu ściskania zawartość cylindra rozsiać na sitach kontrolnych, odpowiednich dla badanych frakcji według tabeli

Badana frakcja kruszywa	Wymiar oczka sita kontrolnego
4/8	1
8/16	2
16/31,5	4

• Po zakończeniu przesiewania zatrzymane na sicie kruszywo zważyć z dokładnością do 0,1 g

Współczynnik rozkruszenia pojedynczej frakcji kruszywa (x_r) - jest miarą wytrzymałości na miażdżenie badanej frakcji i może być liczony według wzoru:

x_r = m_r / m * 100%

gdzie:

m_r – masa próbki analitycznej po badaniu [g]

m – masa próbki analitycznej przed badaniem [g]

Wskaźnik rozkruszenia kruszywa wielofrakcyjnego (Xr):

• Przy badaniu kruszywa wielofrakcyjnego obliczyć średnią ważoną wyników badań próbek poszczególnych frakcji według wzoru:

X_r = (x_r1 * f₁ + x_r2 * f₂ + … + x_n * f_n) / f₁ + f₂ + … + f_n

gdzie:

x_{r (1, 2 , 3)} - współczynniki rozkruszenia poszczególnych frakcji kruszywa [%]

f_{(1 , 2 , 3)} – % udział badanej frakcji w masie próbki laboratoryjnej [%]

• W badaniu można pominąć te frakcje, których udział
  w całości badanej próbki kruszywa nie przekracza 10%, jednak łączna masa wyeliminowanego z badania kruszywa nie może być większa niż 15%

Oznaczenie zawartości ziaren nieforemnych

• Badanie polegające na określeniu procentowego udziału w kruszywie masy ziaren nieforemnych, wydzielonych z próbki w wyniku pomiarów suwmiarką Shultza

• Badanie przeprowadzane dla poszczególnych frakcji grubych kruszywa wchodzących w skład średniej próbki laboratoryjnej

• Badanie powinno być poprzedzone oznaczeniem składu ziarnowego kruszywa

Ziarna nieforemne dzielimy na:

• Ziarna wydłużone – ziarna, których długość jest co najmniej 3 razy większa od szerokości i grubości

• Ziarna płaskie – ziarna, których długość jest co najmniej 3 razy większa od szerokości i grubości oraz szerokość jest co najmniej 3 razy większa od grubości

Przyrządy do oznaczania ziaren nieforemnych:

• Waga o dokładności ważenia 0,5% masy próbki

• Zestaw sit kontrolnych o wymiarach 4÷31,5 mm

• Suszarka z termoregulacją

• Suwmiarka Shultza

Metodyka oznaczania ziaren nieforemnych:

• Ze średniej próbki laboratoryjnej pobrać taką ilość kruszywa, aby po rozsianiu uzyskać z poszczególnych frakcji przeznaczonych do badania próbki analityczne
  o masie:

• 150g - dla frakcji 4÷8 mm

• 500g - dla frakcji 8÷16 mm

• 1500g - dla frakcji 16÷31,5 mm

• Każde ziarno kruszywa umieszczać kolejno między ramionami suwmiarki E i F, tak aby po ściągnięciu ramion ich odległość - l była równa długości ziarna

• Bez zmiany położenia ruchomej części suwmiarki wyjmować kolejno badane ziarna i umieszczać w szczelinie d

• Ziarna, które przeszły przez szczelinę d uznać za nieforemne

• Ustalić masę wszystkich ziaren nieforemnych i obliczyć ich %
  zawartość w próbce

• Zawartość ziaren nieforemnych w pojedynczej frakcji grubej obliczyć korzystając ze wzoru:

Z_n = m₁ / m * 100%

gdzie:

m₁ – masa ziaren nieforemnych w pojedynczej zbadanej frakcji kruszywa [g]

m – masa próbki analitycznej [g]

Zawartość ziaren nieforemnych w kruszywie wielofrakcyjnym - W przypadku badania zawartości ziaren nieforemnych w kruszywie wielofrakcyjnym należy obliczyć średnią ważoną wyników badań próbek poszczególnych frakcji według wzoru:

ai = (z_n1 * f₁ + z_n2 * f₂ + z_n3 * f₃) / f₁ + f₂ + f₃

gdzie:

z_n1, z_{n2 ,} z_n3 - zawartość ziaren nieforemnych w pojedynczych badanych frakcjach kruszywa [%]

f_{1 ,} f_{2 ,} f₃ – udział ziaren poszczególnych zbadanych frakcji w średniej próbce laboratoryjnej kruszywa [%]

Badanie składu petrograficznego kruszywa

• Badanie polegające na ustaleniu procentowego udziału w kruszywie masy ziaren należących do grupy petrograficznej skały węglanowe

• Grupa petrograficzna ziaren – grupa ziaren pochodzących ze skał o zbliżonej genezie lub właściwościach

• Badanie dotyczące kruszyw kamiennych o uziarnieniu powyżej 4mm

Przyrządy i roztwory:

• Stolik laboratoryjny

• Sita o wymiarach 4÷63 mm

• Waga o dokładności ważenia 0,5g

• Kwas solny, roztwór 10%

• Suszarka z termoregulacją

Uproszczone badanie składu petrograficznego kruszywa:

• Próbkę określonej frakcji kruszywa przemyć, wysuszyć i rozłożyć na stole laboratoryjnym

• Oddzielić ziarna ze skał węglanowych od niewęglanowych działając na ziarna 10% roztworem kwasu solnego

• Ustalić procentowy udział ziaren węglanowych w badanej frakcji kruszywa (Z_sk1) korzystając ze wzoru:

Z_sk1 = m_sk1 / m * 100%

gdzie:

m₁ – masa ziaren węglanowych w pojedynczej frakcji kruszywa [g]

m – masa badanej frakcji kruszywa [g]

Obliczenia laboratoryjne:

ρ_ne = (13277 – 5179) / 5000 = 1,62 g/cm³

ρ_nz = (13830 – 5179) / 5000 = 1,73 g/cm³

ρ_p = 500 / (695 – 500) = 2,56 g/cm³

S_l = 1,62 / 2,56 * 100% = 63,28 %

S_z = 1,73 / 2,56 * 100% = 67,53 %

Petrografia:

4/8 m = 150 g

m₁ = 81 g

Z_w = 81 / 150 * 100% = 54 %

J_l = 100 – 63,28 = 36,72 %

J_z = 100 - 67,58 = 32,42 %