Data wykonania: 18.03.2015 r.

Data oddania: 01.04.2015 r.

Sprawozdanie:

Laboratorium z technologii betonu

Ćw. nr 2 - Kruszywo

Wykonanie:

1. Ramona Gościewska

2. Katarzyna Gliszczyńska

3. Alina Grzyb

Grupa: 4a

1. Oznaczenie składu ziarnowego kruszywa

Do oznaczenia składu ziarnowego kruszywa pochodzenia naturalnego drobnego oraz grubego zastosowano metodę przesiewania na sucho – zgodnie z normą PN-EN 933-1. W celu wykonania badania wykorzystano zestaw sit normowych z otworami o wymiarach: 0,125; 0,250; 0,500; 1; 2; 4; 8; 16 oraz 31,5 mm. Sito o wymiarach 0,063 mm nie ma zastosowania dla przesiewu suchego.

Sita o wymiarach od 4mm były wykonane z blachy perforowanej o otworach kwadratowych. Sita mniejsze były plecione z drutu.

1. Przebieg badania:

W pierwszej kolejności sprawdzono czy zestaw sit normowych został ułożony prawidłowo tj. na denku od dołu do góry według wzrastających wymiarów oczek.

Następnie ustawiono pojemnik, wytarowano wagę i odważono równo 1000 g suchej próbki kruszywa. Uprzednio próbka została wysuszona do stałej masy w temperaturze 110$\ \frac{+}{}$ 5 °C.

W kolejnym etapie badania wsypano kruszywo na zestaw sit, przykryto pokrywą, zapięto pasy i uruchomiono wstrząsarkę mechaniczną na 4 minuty. Po upłynięciu zadanego cyklu badawczego zdjęto kolejno sita zaczynając od sita o największym wymiarze oczek.

W końcowym etapie badania zważono frakcje kruszywa pozostające na kolejnych sitach oraz ziarna na denku. Ziarna kruszywa, które zostały uwięzione w otworach sita, usunięto, odwracając sito do góry dnem, tak aby nie uszkodzić otworów. Uznano, że kruszywo jest kruszywem o uziarnieniu ciągłym.

Obliczono procentowy udział poszczególnych frakcji w stosunku w próbce analitycznej wg zależności: a_{i =} $\frac{\text{mi}}{m}$_*100%

Badanie przeprowadzono dla kruszywa grubego i drobnego. Wyniki zaprezentowano w tabelach oraz w formie wykresu krzywej przesiewu.

1. Otrzymanie wyniki:

Tabela 1. Kruszywo grube

d/D [mm]	Masa [g]	[%]	Σ %
16/31,5	5	0,5	100
8/16	194	19,4	99,5
4/8	223+2	22,5	80,1
2/4	343+3	34,6	57,6
1/2	99	9,9	23
0,5/1	74	7,4	13,1
0,25/0,5	45	4,5	5,7
0,125/0,25	10	1,0	1,2
0/0,125	2	0,2	0,2
Σ	995+5=1000	100	-

Tabela 2. Kruszywo drobne

d/D [mm]	Masa [g]	[%]	Σ %
8/16	1	0,1	100
4/8	1	0,1	99,9
2/4	18	1,8	99,8
1/2	129	12,9	98,0
0,5/1	296	29,6	85,1
0,25/0,5	409+4	41,3	55,5
0,125/0,25	134	13,4	14,2
0/0,125	8	0,8	0,8
Σ	996+4=1000	100	-

Punkt piaskowy k_g =23%

Punkt piaskowy k_d= 98%

2. Badanie gęstości nasypowej

Gęstość nasypowa charakteryzuje materiały sypkie i w badaniu określana jest dla kruszywa w stanie luźnym oraz zagęszczonym. Oznaczenie gęstości w laboratorium przeprowadzono według normy PN-EN 1097-3.

2.1. Przebieg badania gęstości nasypowej w stanie luźnym:

Pusty i suchy cylinder o znanej objętości zważono (m₁, V) i napełniono kruszywem. Podczas napełniania pojemnika zminimalizowano segregację ziaren poprzez oparcie czerpaka na górnej krawędzi. Starano się robić to delikatnie, tak aby nie zagęścić kruszywa. W żadnym przypadku krawędź czerpaka nie powinna znaleźć się wyżej niż 50 mm od brzegu pojemnika. Cylinder napełniono kruszywem ponad poziom jego krawędzi, a nadmiar ostrożnie usunięto stalowym zgarniakiem. Całość zważono z dokładnością do 0,1% (m₂). Badanie wykonano dla kruszywa grubego oraz drobnego.

Gęstość nasypową w stanie luźnym obliczono wg wzoru:

ρ_nl = $\frac{m2 - m1}{V}$ _, gdzie:

m₁ – masa pustego pojemnika = 2,303 kg

m₂ – masa pojemnika z próbką do badania:

kruszywo grube m₂ = 5,653 kg

kruszywo drobne m₂ = 5,491 kg

V - pojemność cylindra, przyjęto V=2 dm³

Dla kruszywa grubego:

ρ_nl = $\frac{5,653 - 2,303}{2} = 1,675\ $ kg/dm³

Dla kruszywa drobnego:

ρ_nl = $\frac{5,491 - 2,303}{2} = 1,594$ kg/dm³

2.2. Przebieg badania gęstości nasypowej w stanie zagęszczonym:

Kontynuując poprzednie badanie, wypełniony kruszywem cylinder postawiono na stoliku wibracyjnym na 3 minuty. Po upłynięciu tego czasu stwierdzono, że powierzchnia kruszywa w cylindrze obniżyła się. Wobec tego uzupełniono czerpakiem kruszywo z nadmiarem i ponownie wibrowano cylinder na stoliku przez 1 minutę. W ostatnim etapie badania, po zakończeniu wibrowania ponownie uzupełniono pojemnik kruszywem, wyrównano powierzchnię zgarniakiem i zważono (m₃). Badanie wykonano dla kruszywa grubego oraz drobnego.

Gęstość nasypową w stanie zagęszczonym obliczono wg wzoru:

ρ_{nz =} $\frac{m3 - m1}{V}$_, gdzie:

m₁- masa pustego pojemnika = 2,303 kg

m₃ – masa pojemnika z próbką po zagęszczeniu

kruszywo grube m₃ = 6,042 kg

kruszywo drobne m₃ =5,904 kg

V - pojemność cylindra, przyjęto V=2 dm³

Dla kruszywa grubego:

ρ_nz =$\frac{6,042 - 2,303}{2}$=1,870 kg/dm³_,

Dla kruszywa drobnego:

ρ_nz =$\frac{5,904 - 2,303}{2}$=1,801 kg/dm³_,

2. Oznaczenie jamistości

Jamistość, czyli wskaźnik wyrażający udział objętości wolnych przestrzeni między ziarnami kruszywa w jednostce objętości kruszywa. Metoda wykorzystywania przy badaniu jamistości opisana jest w normie PN-EN 1097-3. Oznaczenie jamistości zrealizowano w oparciu o wcześniej uzyskane wyniki gęstości nasypowej zgodnie ze wzorami:

J_nl = (1 - $\frac{\rho\text{nl}}{\text{ρp}})$ * 100%

J_nz =(1 - $\frac{\rho\text{nz}}{\rho p}$) * 100%, gdzie:

ρ_{nl –}gęstość nasypowa w stanie luźnym

ρ_nz – gęstość nasypowa w stanie zagęszczonym

ρ_p – gęstość pozorna, przyjęto ρ_p = 2,65 kg/dm³

1. Otrzymane wyniki:

Dla kruszywa grubego:

J_nl =(1 - $\frac{1,675}{2,65})$ * 100% = 36,79%

J_nz =(1 - $\frac{1,87}{2,65})$ * 100% = 29,43%

Dla kruszywa drobnego:

J_nl =(1 - $\frac{1,594}{2,65})$ * 100% = 39,85%

J_nz =(1 - $\frac{1,801}{2,65})$ * 100% = 32,04%

2. Oznaczenie kształtu ziaren

Określa procentowy udział w kruszywie masy ziaren nieforemnych. Kształt ziarna ma

istoty wpływ na wytrzymałość betonu na ściskanie oraz zginanie , a także na właściwości mieszanki betonowej. Wyniki badania kształtu ziaren ustalono w oparciu o normę PN-EN 12 620:2010.

4.1. Przebieg oznaczenia kształtu ziaren:

Do badania użyto trzech poszczególnych frakcji kruszywa. W pierwszym etapie zważono te frakcje (M₁₁,M₂₁,M₃₁) oraz określono ogólną masę kruszywa (M). Następnie za pomocą suwmiarki Schultza wyselekcjonowano z każdej frakcji badanego kruszywa ziarna nieforemne, których skrajne wymiary różnią się więcej niż trzykrotnie. W praktyce oznacza to, że gdy zmierzono długość wybranego ziarna między szczękami głównymi a później to samo ziarno bokiem przeszło przez rozstaw szczęk bocznych to ziarno to uznaje się za nieforemne. W kolejnym etapie zważono oddzielone, nieforemne ziarna dla każdej z frakcji (M₁₂, M₂₂, M₃₂). W tabeli podano zważone wartości.

4.2. Otrzymanie wyniki:

Tabela 3. kształt ziaren

L.p.	d/D [mm]	Nazwa kruszywa	symbol	Masa ziaren nieforemnych [g]	symbol	Całkowita masa frakcji [g]
1	16/31,5	Naturalne niełamane	M12	313	M11	1501
2	8/16	Naturalne niełamane	M22	275,7	M21	699,8
3	16/31,5	Naturalne łamane	M32	311	M31	1275

Dla każdej z badanych frakcji obliczono procentowy wskaźnik kształtu wg wzoru:

SI₁ = $\frac{M12}{M11}$ * 100% = $\frac{313}{1501}$*100% =20,85%

SI₂ = $\frac{M22}{M21}$ * 100% = $\frac{275,7}{699,8}$*100% =39,40%

SI₃ = $\frac{M32}{M31}$ * 100% = $\frac{311}{1275}$*100% =24,39%

Całkowity wskaźnik kształtu w odniesieniu do ogólnej masy badanego kruszywa:

SI_c = = $\frac{\sum Mi}{M}$ * 100% = $\frac{899,7}{3475,8}$*100% =25,88%

Zgodnie z normą kruszywo można zakwalifikować do kategorii: SI₄₀

2. Nasiąkliwość kruszywa

W pierwszym etapie badania zważono cztery puste zlewki, a następnie cztery próbki kruszywa w stanie suchym. W zlewce nr 1,2,3 znajdowało się kruszywo naturalne, a w zlewce nr 4 kruszywo sztuczne tj. penostek (spienione szkło). Następnie próbki z kruszywem wypełniono wodą destylowaną, tak aby zakryła całkowicie ziarna. Od tego momentu odczekano 15 minut. Po upływie zadanego czasu analizowane kruszywo odsączono przy pomocy bibułki na płytce Petriego. Natomiast nadmiar wody usunięto przy pomocy papieru w taki sposób, aby badane kruszywo zachowało jeszcze wilgotny wygląd. Zważono próbki i ponownie zalano je wodą destylowaną. Kolejno odczekano 30 minut i po upływie tego czasu analogicznie powtórzono czynności związane z odsączeniem i usunięciem nadmiaru wody. Ponownie zważono próbki.

• Przeprowadzone badanie przedstawia nasiąkliwość roboczą – wyniki nie są normowe. Jest to związane z niemożliwością przeprowadzenia całego badania w ciągu jednych zajęć laboratoryjnych, a więc zważenia w poszczególnych odstępach czasu badanego kruszywa.

Opisane pomiary przedstawiono w poniższych tabelach.

5.1. Otrzymane wyniki:

Stan początkowy
L.p.
1
2
3
4

Stan po 15 minutach
L.p.
1
2
3
4

Stan na zakończenie badania
L.p.
1
2
3
4

5.2. Obliczenia:

Nasiąkliwość kruszywa dla czasu t = 15 minut

Próbka nr 1: n_k1 =$\frac{mn - ms}{\text{ms}}*100\%$ =$\ \frac{85,91 - 85,84}{85,84}*100\%$ = 0,08%

Próbka nr 2: n_k2 =$\frac{72,8 - 72,32}{72,32}*100\%$ = 0,66%

Próbka nr 3 n_k3=: $\frac{60,11 - 60,07}{60,07}*100\%$ = 0,07%

Próbka nr 4: n_k4 =$\frac{8,65 - 6,86}{6,86}*100\%$ = 26,09%

Nasiąkliwość kruszywa na koniec badania

Próbka nr 1: n_k1 =$\frac{mn - ms}{\text{ms}}*100\%$ =$\ \frac{86,14 - 85,84}{85,84}*100\%$ = 0,35%

Próbka nr 2: n_k2= $\frac{72,82 - 72,32}{72,32}*100\%$ =0,69%

Próbka nr 3: nk3 =$\frac{60,2 - 60,07}{60,07}*100\%$ =0,22%

Próbka nr 4: nk4 = $\frac{9,12 - 6,86}{6,86}*100\%$ = 32,94%

2. Wnioski

W oparciu o krzywe graniczne stwierdza się, że krzywe uziarnienia nie mieszczą się w ich polu. Oznacza to, że badane kruszywa nie nadają się samodzielnie do użycia w mieszance betonowej. Wobec tego oba kruszywa należy wymieszać z innymi, tak aby nadawały się do projektowanego składu betonu.

Brak lub niedobór pewnych frakcji ziarnowych prowadzi do wyraźnego pogorszenia urabialności świeżej mieszanki oraz obniża jakość stwardniałego betonu. Przy doborze uziarnienia kruszywa należy kierować się zasadą, aby kruszywo było możliwie grube. Zbyt duży udział frakcji drobnych (piasek) w mieszaninie kruszyw prowadzi do nieuzasadnionego wzrostu zapotrzebowania na cement oraz wodę.

Najlepsze do betonu są kruszywa o ziarnach zbliżonych kształtem do kuli lub sześcianu ze względu na mały stosunek powierzchni do objętości, co minimalizuje zużycie cementu na pokrycie powierzchni ziaren. Ziarna nieforemne w dużej ilości tworzą stos okruchowy o małej szczelności, a istotne jest, aby uzyskać jak najszczelniejszy stos.

Jest to spowodowane tym, że im mniejsza jest jamistość badanego kruszywa tym mniej zaczynu cementowego potrzeba do mieszanki betonowej. Mała jamistość zapobiega również powstawaniu tzw. wykwitów na betonie.

Również nieforemne ziarna przyczyniają się do tego, że beton jest trudny do zagęszczania, nasiąkliwy i o małej wytrzymałości (wytrzymałość ziaren nieforemnych jest mniejsza, niż kulistych).

Nasiąkliwość badanych kruszyw naturalnych jest niewielka w stosunku do nasiąkliwości kruszywa sztucznego jakim jest szkło piankowe. Według źródeł podanych w literaturze najkorzystniejsza nasiąkliwość kruszyw to ta, która nie przekracza 1%.

Ogólnie im mniejsza jest nasiąkliwość kruszywa tym lepsze są wartości użytkowe oraz wytrzymałościowe betonu.