WYDZIAŁ NAUK TECHNICZNYCH |
|
|
DATA |
28.03.2011 |
|
|
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 + 2o 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:
ai = mi / ms * 100%
gdzie:
ai - procentowa zawartość ,,i’’ tej frakcji [g]
mi – masa frakcji wydzielonej w wyniku przesiewania [g]
ms – 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 + 2o 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:
Zp = (m – m1) / m * 100%
gdzie:
zp – 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:
ρnl = (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:
Sk = ρnl / ρp * 100%
Podobnie oblicza się szczelność kruszywa w stanie zagęszczonym
Oznaczanie jamistości kruszywa:
Jamistość kruszywa w stanie luźnym oblicza się
ze wzoru:
Jk = 100 - Sk
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 (xr) - jest miarą wytrzymałości na miażdżenie badanej frakcji i może być liczony według wzoru:
xr = mr / m * 100%
gdzie:
mr – 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:
Xr = (xr1 * f1 + xr2 * f2 + … + xn * fn) / f1 + f2 + … + fn
gdzie:
xr (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:
Zn = 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 = (zn1 * f1 + zn2 * f2 + zn3 * f3) / f1 + f2 + f3
gdzie:
zn1, zn2 , zn3 - zawartość ziaren nieforemnych w pojedynczych badanych frakcjach kruszywa [%]
f1 , f2 , 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 (Zsk1) korzystając ze wzoru:
Zsk1 = msk1 / m * 100%
gdzie:
m1 – masa ziaren węglanowych w pojedynczej frakcji kruszywa [g]
m – masa badanej frakcji kruszywa [g]
Obliczenia laboratoryjne:
ρne = (13277 – 5179) / 5000 = 1,62 g/cm3
ρnz = (13830 – 5179) / 5000 = 1,73 g/cm3
ρp = 500 / (695 – 500) = 2,56 g/cm3
Sl = 1,62 / 2,56 * 100% = 63,28 %
Sz = 1,73 / 2,56 * 100% = 67,53 %
Petrografia:
4/8 m = 150 g
m1 = 81 g
Zw = 81 / 150 * 100% = 54 %
Jl = 100 – 63,28 = 36,72 %
Jz = 100 - 67,58 = 32,42 %