Kierunek

Budownictwo

Data

14.03.2013

Temat ćwiczeń : Badanie cech technicznych kruszywa do betonu.

Imię i nazwisko studenta:

Ocena :

Wstęp

Każde kruszywo, które ma być użyte do produkcji betonu musi być ściśle określone. Wszystkie wytyczne co do cech technicznych kruszyw opisane są w PN-EN 12620:2004 Kruszywa do betonów. Przeprowadzenie badań posłuży do określenia czy dana partia materiału będzie optymalna tzn. spowoduje zmniejszenie zużycia zaprawy oraz podniesienie wytrzymałości betonu

Opis

1. Oznaczanie składu ziarnowego.

Badanie miało na celu ustalenie procentowego udziału badanych frakcji kruszywa w stosunku do masy całej próbki. Zostało ono wykonane według normy PN-EN-933-1/2000 – Badania geometrycznych właściwości kruszyw. Oznaczenie składu ziarnowego – Metoda przesiewania.

Przebieg ćwiczenia:

1. do badania pobrano 3000g kruszywa, gdyż badana próbka była kruszywem grubym.

2. przygotowano trzy próbki, które zostały wysuszone w temperaturze 105 ± 2.

3. przygotowano zestaw sit.

4. ustawiono sita tak, aby sito o najmniejszych oczkach znajdowało się na dole, nad nim kolejno sita o większych otworach.

5. ręcznie przesiano próbkę przez zestaw sit.

6. ustalono pozostałość materiału na sicie i jej procentowa ilość przy użyciu wzoru:

$$a_{i} = \frac{m_{i}}{m_{s}} \times 100\lbrack\%\rbrack$$

gdzie:

$$a_{i} - procentowa\ zawartosc\ "i"\ \ tej\ frakcji\ \lbrack g\rbrack$$

m_i − masa frakcji wydzielonej w wyniku przesiewania [g]

m_s − masa probki pobranej do badania przed przesianiem [g]

Wyniki badania

Zawartość poszczególnych frakcji kruszywa dla podgrupy „A”
Sito
[mm]
63
31,5
16
8
4
2
1
0,5
0,25
0,125
0,063
0
Sprawdzenie

Zawartość poszczególnych frakcji kruszywa dla podgrupy „B”
Sito
[mm]
63
31,5
16
8
4
2
1
0,5
0,25
0,125
0,063
0
Sprawdzenie

Analiza wyników i wnioski

Zestawienie zawartości poszczególnych frakcji kruszywa
Otwór sita
[mm]
63
31,5
16
8
4
2
1
0,5
0,25
0,125
0,063
0
Sprawdzenie

Najkorzystniejsze uziarnienie kruszywa do betonu sprawia, że beton uzyskuje pożądane właściwości przy zmniejszeniu kosztów produkcji, co oznacza zmniejszenie zużycia cementu i wody.

Jeśli badane kruszywo spełnia warunki opisane w normie PN-EN 12620:2004 Kruszywa do betonu, można uznać jego uziarnienie za odpowiednie do produkcji betonu zwykłego.

Na podstawie w/w normy oraz uzyskanych wyników oznaczenia można zauważyć, że badana próbka jest kruszywem o uziarnieniu ciągłym a wymiar kruszywa to 0/16.

Kruszywo powinno zawierać zarówno drobne frakcje jak i te grubsze z racji tego, że drobne wypełniają pustki pomiędzy ziarnami kruszywa grubszego podnosząc tym samym szczelność kruszywa oraz obniżając zapotrzebowanie na spoiwo, więc także obniżając koszty produkcji oraz podnosząc trwałość betonu.

1. Ustalanie zawartości pyłów.

Badanie to polega na w miarę dokładnym ustaleniu procentowej zawartości ziaren kruszywa o wielkości poniżej 0,063mm. Proces ten jest opisany w PN-EN-933-1/2000 – Badania geometrycznych właściwości kruszyw. Oznaczenie składu ziarnowego.

Opis badania.

Do badania pobrano próbkę o masie 1000g, gdyż badany materiał to kruszywo grube. Próbkę wsypano do metalowego cylindra i zalano 1l wody. Następnie całość doprowadzono do wrzenia i gotowano przez około 30 minut ciągle mieszając. Po ostygnięciu przelano do aparatu Stokesa i uzupełniono czystą wodą do poziomu górnej kreski zaznaczonej na cylindrze. Intensywnie wymieszano i pozostawiono na 10s. Wodę pomiędzy górną i dolną kreską na cylindrze wylano przy pomocy ruchomego ramienia z ogranicznikiem. Ponownie napełniono naczynie czystą wodą i powtórzono wszystkie czynności do momentu, gdy cała woda w aparacie pozostała czysta. Badane kruszywo wysuszono w temperaturze 105 ± 2 i zważono bardzo dokładnie. Zawartość pyłów wyznaczono ze wzoru:

$$Z_{p} = \frac{m - m_{1}}{m} \times 100\ \lbrack\%\rbrack$$

gdzie:

Z_p − zawartosc czastek ilastych i pylow mineralnych usunietych plukaniem

m − masa probki przed plukaniem [g]

m₁ − masa probki po wyplukaniu i wysuszeniu [g]

Wyniki badania.

Dane:

m = 1000 g

m₁ = 994, 5 g

$$Z_{p} = \frac{m - m_{1}}{m} \times 100\% = \frac{1000 - 994,5}{1000} \times 100\% = 0,55\%$$

Zawartość pyłów mineralnych
Grupa
1
2
3
4
5
6
7
8
Średnia

Analiza wyników i wnioski.

Korzystając z wytycznych z PN-EN 12620:2004 Kruszywa do betonów możemy określić:

• kategorię zawartości pyłów – f_1,5 ponieważ uzyskany przez nas wynik nie przekracza 1,5 %

• pył jako nieszkodliwy ponieważ jego procentowy udział nie przekracza 3%.

Pył w kruszywie jest niepożądany z powodu jego dużej wodożądności i osłabiania wytrzymałości betonu w którym zostało zastosowane kruszywo. Dobre kruszywo nie powinno zawierać ziaren mniejszych niż 2 μm.

1. Oznaczanie gęstości nasypowej kruszywa.

Gęstość nasypową kruszywa badamy w stanie luźnym i zagęszczonym.

Badanie w stanie luźnym polega na napełnieniu metalowego cylindra o określonej objętości kruszywem z wysokości około 20cm po brzegi starając się nie ugniatać materiału po czym ustalamy masę.

$$\backslash n{\mathbf{\rho}_{\mathbf{\text{nl}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{m}_{\mathbf{2}}\mathbf{-}\mathbf{m}_{\mathbf{1}}}{\mathbf{V}}}$$

gdzie:

m₁ − masa pustego cylindra [g]

m₂ − masa cylindra z kruszywem w stanie luzno usypanym [g]

V − objetosc cylindra pomiarowego [cm³]

Badanie w stanie zagęszczonym polega na nałożeniu metalowej nakładki na cylinder napełnieniu go tak jak w przypadku gęstości w stanie luźnym i umocowaniu na stole wibracyjnym. Pozostawiony na około minutę cylinder z kruszywem dopełniamy materiałem jeśli jest taka potrzeba i ponownie ustawiamy na stole. Zdejmujemy nakładkę i wyrównujemy poziom kruszywa zgodnie z górną krawędzią cylindra. Ważymy.

$$\mathbf{\rho}_{\mathbf{\text{nz}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{m}_{\mathbf{2}}\mathbf{-}\mathbf{m}_{\mathbf{1}}}{\mathbf{V}}$$

gdzie:

m₁ − masa pustego cylindra [g]

m₂ − masa cylindra z kruszywem w stanie zageszczonym [g]

V − objetosc cylindra pomiarowego [cm³]

Wyniki.

Dane:

m₁ = 4, 304 kg

m₂ = 12, 754 kg

V = 0, 005 m³

Obliczenia:

$$\rho_{\text{nl}} = \frac{m_{2} - m_{1}}{V} = \frac{12,754 - 4,304}{0,005} = 1690,0\left\lbrack \frac{\text{kg}}{m^{3}} \right\rbrack$$

Dane:

m₁ = 4, 304 kg

m₂ = 13, 196 kg

V = 0, 005 m³

Obliczenia:

$$\rho_{\text{nz}} = \frac{m_{2} - m_{1}}{V} = \frac{13,196 - 4,304}{0,005} = 1778,4\left\lbrack \frac{\text{kg}}{m^{3}} \right\rbrack$$

Wnioski.

Oznaczenie gęstości nasypowej
Podgrupa
A
B
Średnia

1. Oznaczenie gęstości pozornej kruszywa

Badanie miało na celu określenie właściwości próbki kruszywa do betonu określonej jako gęstość pozorna, czyli masa objętości materiału, wraz z porami w stanie naturalnym.

Opis ćwiczenia.

Do cylindra miarowego o pojemności 1000cm³ wlaliśmy 500cm³ wody. Następnie dosypaliśmy 500g kruszywa. Odczytaliśmy z cylindra wartość objętości. Obliczyliśmy gęstość pozorną ze wzoru:

$$\rho_{p} = \frac{m}{V_{\text{kr}}}$$

gdzie:

m − masa probki [kg];

V_kr − objetosc kruszywa [m³].

Dane:

V_wody = 500 cm³

m = 500 g

V = 690 cm³

Obliczenia:

V_kr = V − V_wody = 690 − 500 = 190[cm³]

$$\rho_{p} = \frac{m}{V_{\text{kr}}} = \frac{500}{190} = 2,63\left\lbrack \frac{g}{\text{cm}^{3}} \right\rbrack = 2630\ \left\lbrack \frac{\text{kg}}{m^{3}} \right\rbrack$$

Wnioski.

Kruszywo naturalne do produkcji betonu musi mieć gęstość ponad $2000\frac{\text{kg}}{m^{3}},$ badana próbka spełnia ten parametr.

1. Badanie szczelności i jamistości kruszywa

Do określenia tych właściwości potrzebujemy danych z poprzednich badań tzn. gęstości nasypowej oraz gęstości pozornej

Szczelność kruszywa w stanie luźnym obliczyliśmy ze wzoru:

$$S_{\text{kl}} = \frac{\rho_{\text{nl}}}{\rho_{p}} \times 100\ \lbrack\%\rbrack$$

Szczelność kruszywa w stanie zagęszczonym obliczyliśmy ze wzoru:

$$S_{\text{kz}} = \frac{\rho_{\text{nz}}}{\rho_{p}} \times 100\ \lbrack\%\rbrack$$

Jamistość kruszywa w stanie luźnym obliczyliśmy ze wzoru:

J_kl = 100 [%]−S_kl

Jamistość kruszywa w stanie zagęszczonym obliczyliśmy ze wzoru:

J_kz = 100 [%]−S_kz

Wyniki.

Dane:

$$\rho_{\text{nl}} = 1690,0\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}$$

$$\rho_{\text{nz}} = 1778,4\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}$$

$$\rho_{p} = 2630,0\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}$$

Obliczenia:

$$S_{\text{kl}} = \frac{\rho_{\text{nl}}}{\rho_{p}} \times 100\ \% = \frac{1690,0}{2630,0} \times 100\ \% = 64,26\ \%$$

$$S_{\text{kz}} = \frac{\rho_{\text{nz}}}{\rho_{p}} \times 100\ \% = \frac{1778,4}{2630,0} \times 100\ \% = 67,62\ \%$$

J_kl = 100 %−S_kl = 35, 74 %

J_kz = 100 %−S_kz = 32, 38 %

Analizy wyników i wnioski.

Oznaczenie szczelności i jamistości
Podgrupa
A
B
Średnia

Jamistość jest ważna cechą kruszywa, gdyż wielkość ta mówi nam jaką ilość cementu będzie potrzeba do wypełnienia jam. Im mniejsze ziarna tym jamy są mniejsze, jednak wodożądność wzrasta. Ważne jest więc aby więcej było ziaren dużych a mniej drobnych.

Jamistość kruszyw stosowanych do betonu nie powinna być większa niż 28%

Wyniki badań wskazują na to że kruszywo nie spełnia norm i nie może być dopuszczone do użytku.

1. Oznaczanie zawartości ziaren nieforemnych.

Badanie to polega ona określeniu procentowego udziału w kruszywie masy ziaren nieforemnych, wydzielonych z próbki w wyniku pomiarów suwmiarką Schultza. Przeprowadzono je dla poszczególnych frakcji grubych kruszywa wchodzących w skład średniej próbki laboratoryjnej, według wytycznych opisanych w PN-78/B-06714/16 Kruszywa mineralne. Badania Oznaczanie kształtu ziaren.

Opis badania.

Do badania pobraliśmy próbkę o masie 150g składającą się z frakcji kruszywa 4-8 mm. Następnie zmierzyliśmy każde ziarno przy pomocy suwmiarki Schultza. Każde ziarno kruszywa umieszczano kolejno między ramionami suwmiarki, tak aby po ściągnięciu ramion ich odległość była równa długości ziarna. Bez zmiany położenia ruchomej części suwmiarki wyjęto kolejno badane ziarna i umieszczano w odpowiedniej szczelinie przyrządu. Ziarna, które przeszły przez suwmiarkę uznano za nieforemne. Ustalono masę ziaren nieforemnych. Dalej obliczono ze wzoru:

$$\mathbf{Z}_{\mathbf{n}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{m}_{\mathbf{1}}}{\mathbf{m}}\mathbf{\times 100\ }\left\lbrack \mathbf{\%} \right\rbrack$$

gdzie:

m₁ − masa ziaren nieforemnych w pojedynczej zbadanej frakcji kruszywa;

m − masa probki analitycznej.

Wyniki badań.

Dane:

m = 150 g

m₁ = 6 g

Obliczenia:

$$Z_{n} = \frac{m_{1}}{m} \times 100\ \% = \frac{6}{150} \times 100\ \% = 4\ \%$$

Analiza wyników i wnioski.

Zawartość ziaren nieforemnych
Podgrupa
A
B
Średnia

Ziarna powinny mieć kształt jak najbardziej podobny do kulistego, gdyż wtedy układają się najciaśniej. Kategoria kształtu dla badanego kruszywa to Si₁₅, ponieważ wskaźnik kształtu nie przekracza 15%. Jest to wartość dobra.

1. Uproszczone badanie składu petrograficznego kruszywa.

Badanie to polega na ustaleniu, które ziarna należą do grupy skał węglanowych. Dotyczy ziaren powyżej 4mm.

Opis badania.

Pobraliśmy 150g kruszywa frakcji 4 – 8mm. Następnie każde ziarno traktujemy 0,8 molowym roztworem kwasu solnego. Te które wchodzą w reakcję należą do ziaren węglanowych. Procentowy udział tych ziaren obliczamy ze wzoru:

$$\mathbf{Z}_{\mathbf{\text{sk}}_{\mathbf{1}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{m}_{\mathbf{\text{sk}}_{\mathbf{1}}}}{\mathbf{m}}\mathbf{\times 100\ \lbrack\%\rbrack}$$

gdzie:

m_sk1 − masa ziaren weglanowych w pojedynczej frackji kruszywa [g];

m − masa badanej frakcji kruszywa [g].

Wyniki.

Dane:

m = 150 g

m_sk = 67 g

Obliczenia:

$$Z_{\text{sk}} = \frac{m_{\text{sk}}}{m} \times 100\ \% = \frac{67}{150} \times 100\ \% = 44,67\ \%$$

Analiza wyników i wnioski.

Badanie składu petrograficznego
Podgrupa
A
B
Średnia

Betony z kruszyw o dużej zawartości ziaren węglanowych są bardziej odporne na temperaturę, są wodoszczelne i odporne na korozję. Kruszywo skalne w betonie jest mało podatne na środowisko więc kruszywo węglanowe jest porządane.

Literatura

1. Jamroży Zygmunt, Beton i jego technologie, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2003;

2. Edward Szymański, Materiałoznawstwo budowlane z technologią betonu, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2002

3. PN EN 12620: 2004 Kruszywa do betonu;

4. PN-86/B-06712 Kruszywa mineralne do betonu;

5. PN-88/B-06250 Beton zwykły.