KRUSZYWA (wg PN-EN 12620 Kruszywa do betonu)

Kruszywo - ziarnisty materiał stosowany w budownictwie; główny składnik betonu, średnio zajmuje od 60 do 70% objętości betonu; najtańszy i najpowszechniej dostępny składnik betonu; nie wchodzi w reakcje chemiczne pod wpływem wody; określane jest często jako wypełniacz do betonu, jednak własności kruszyw takie jak ich kształt, uziarnienie, porowatość, nasiąkliwość, wilgotność czy wytrzymałość na rozdrabnianie mają zasadniczy wpływ na urabialność mieszanki betonowej oraz cechy charakterystyczne betonu, zatem nie należy opisywać kruszyw jedynie mianem wypełniacza.

KLASYFIKACJA KRUSZYW

Klasyfikacja kruszyw z uwagi na pochodzenie

Z uwagi na pochodzenie rozróżniamy trzy rodzaje kruszyw:

• kruszywo naturalne - kruszywo pochodzenia mineralnego, które poza obróbką mechaniczną (np. kruszenie, płukanie) nie zostało poddane żadnej innej obróbce (przykłady kruszyw naturalnych niełamanych: piasek, żwir, otoczaki, pospółka oraz kruszyw naturalnych łamanych: miał, grys, tłuczeń, kliniec)

• kruszywo sztuczne - kruszywo pochodzenia mineralnego, uzyskane w wyniku procesu przemysłowego obejmującego termiczną lub inną modyfikację (przykłady: pollytag, keramzyt)

• kruszywo z recyklingu - kruszywo powstałe w wyniku przeróbki nieorganicznego materiału (przykłady: gruz ceglany, gruz betonowy).

Przedmiotem tego opracowania są jedynie kruszywa naturalne, gdyż stanowią one około 90% kruszyw używanych w budownictwie.

Kruszywa naturalne mogą zostać rozdrobnione dzięki siłom przyrody, takim jak mróz, wiatr lub prądy wodne. Efektem tych zjawisk są luźne, zaokrąglone ziarna o gładkiej powierzchni. W przypadku celowego kruszenia skały litej, otrzymujemy kruszywo łamane o charakterystycznych ostrych krawędziach i szorstkiej powierzchni. Dzięki tym cechom kruszywo łamane ma lepszą przyczepność do zaprawy.

Właściwości mechaniczne, fizyczne i chemiczne kruszyw naturalnych odpowiadają cechom skał, z których pochodzą. Rozróżniamy trzy grupy skał:

• skały magmowe - powstałe w wyniku stygnięcia lawy wulkanicznej; charakteryzuje je wysoka wytrzymałość na ściskanie

• skały osadowe - powstałe na skutek sedymentacji składników organicznych

• skały metamorficzne - przeobrażone skały magmowe lub osadowe.

Klasyfikacja kruszyw z uwagi na wielkość ziaren

Istnieje kilka podziałów kruszyw ze względu na wielkość ziaren. Wymiar ziarna opisany symbolem d/D oznacza, że ziarno zatrzymało się na dolnym sicie (d) a przeszło przez górne sito (D) zestawu sit normowych. Opierają się na definicji wymiaru ziarna, Polska Norma dzieli generalnie kruszywa na:

• kruszywo drobne - kruszywo o wymiarach ziaren D mniejszych lub równych 4 mm

• kruszywo grube - kruszywo o wymiarach ziaren D większych lub równych 4 mm oraz d większych lub równych 2 mm.

Dodatkowo norma dopuszcza jako osobny rodzaj kruszywa mieszane:

• kruszywo naturalne 0/8 - pospółka pochodzenia lodowcowego lub rzecznego

• kruszywo o ciągłym uziarnieniu - mieszanka kruszyw grubych i drobnych od 0 do 45 mm.

Norma wyróżnia również kruszywo wypełniające - pyły przechodzące przez sito 0,063 mm.

W budownictwie powszechny jest podział kruszyw niełamanych na piasek (0/2) i żwir (2/63) oraz kruszyw łamanych na piasek łamany (0/2) i grys (2/63).

BADANIA KRUSZYW

Producent kruszywa zobowiązany jest prowadzić następujące badania:

• wstępne badania kruszyw - odpowiednie do zamierzonego zastosowania, powinny być przeprowadzane w celu sprawdzenia zgodności z wyspecyfikowanymi wymaganiami w następujących przypadkach:

1. wykorzystywane jest nowe źródło kruszyw

2. wystąpiły większe zmiany w charakterze surowców lub w procesie przeróbki, mogące wpłynąć na właściwości kruszyw

• fabryczna kontrola produkcji - zakładowy system fabrycznej kontroli produkcji.

OPIS PETROGRAFICZNY

Badanie to polega na określeniu procentowego udziału w kruszywie grup skał czy minerałów. Przeprowadza się je oddzielnie dla kruszywa grubego i kruszywa drobnego, po przesianiu przez sito # 4 mm.

W przypadku kruszywa grubego należy ręcznie posortować określoną masę kruszywa na rodzaje skał czy minerałów posługując się lupą, igłą lub kwasem solnym. Poszczególne grupy należy zważyć i określić ich procentową zawartość:

[%]

gdzie:

m_sk - masa wybranej grupy

m_s­ - ogólna masa próbki.

W przypadku kruszywa drobnego określa się tylko zawartość kwarcu. Próbkę kruszywa rozsypuje się na papierze milimetrowym. W wybranych polach, np. o powierzchni 1cm² należy policzyć ziarna kwarcu i łączną liczbę ziaren (zwykle przy pomocy lupy). Zawartość kwarcu określa się wg wzoru:

[%]

gdzie:

l_k - liczba ziaren kwarcu

l - ogólna liczba ziaren.

Jako wynik traktujemy średnią z kilku pól.

BADANIE ZAWARTOŚCI ZANIECZYSZCZEŃ OBCYCH

Przez zanieczyszczenia obce należ rozumieć ciała nie będące kruszywem kamiennym, takie jak kawałki drewna, gruzu, muszli itp., które zostały wprowadzone do kruszywa w wyniku niewłaściwego transportu, składowania lub procesu wytwórczego.

Badanie polega na ręcznym wybraniu obcych zanieczyszczeń z rozsypanej na płaskiej powierzchni próbki kruszywa z znanej masie, zważeniu ich i obliczeniu wskaźnika procentowego:

[%]

gdzie:

m_o - masa zanieczyszczeń obcych

m - ogólna masa próbki.

BADANIE ZAWARTOŚCI ZANIECZYSZCZEŃ ORGANICZNYCH

Jest to badanie o charakterze jakościowym, pozwalające stwierdzić fakt obecności związków organicznych bez określania jakie to związki i ile ich jest. Polega ono na porównaniu barwy roztworu wodorotlenku sodowego, którym zalano próbkę kruszywa z barwą roztworu wzorcowego (słomkowożółta).

Umieszczoną w szklanym cylindrze próbkę kruszywa zalewa się 3% roztworem NaOH i po 24 godzinach porównuje się barwę roztworu nad kruszywem z barwą cieczy wzorcowej. Barwa ciemniejsza świadczy o nadmiernym zanieczyszczeniu kruszywa substancjami organicznymi.

OZNACZANIE SKŁADU ZIARNOWEGO

Metoda przesiewania

Metoda polega na rozdzieleniu materiału za pomocą zestawu sit na kilka frakcji ziarnowych, klasyfikowanych wg zmniejszających się wymiarów.

Wymiary otworów i liczbę sit dobiera się w zależności od rodzaju próbki i wymaganej dokładności. Do oznaczenia należy stosować tylko sita z kwadratowymi otworami o wymiarach: 0,063mm; 0,125mm; 0,250mm; 0,500mm; 1mm; 2mm; 4mm; 8mm; 16mm; 31,5mm; 63mm; 125mm. Sita, w których wymiary otworów wynoszą 4mm i więcej powinny być wykonane z perforowanych płyt o otworach kwadratowych (jednakowych, symetrycznie

rozmieszczonych). Sita badawcze o otworach mniejszych niż 4mm powinny być plecione z drutu.

Oznaczanie przeprowadza się na próbce analitycznej wysuszonej do stałej masy (M₁) poprzez jej ogrzewanie w temp. (110±5)ºC.

Badanie może być wykonywane dwiema metodami: na mokro (przemywanie) i na sucho (przesiewanie).

Przemywanie ma na celu zbadanie ilości pyłów. Umieszczoną w pojemniku próbkę kruszywa zalewamy wodą i mieszamy intensywnie w celu całkowitego odprowadzenia pyłów do zawiesiny. Zwilżamy obie strony sita o otworach 63μm (przeznaczonego wyłącznie do tego badania) i nakładamy na wierzch sito ochronne (np. 1mm lub 2mm). Wlewamy zawartość pojemnika na górne sito i kontynuujemy przemywanie do czasu, aż woda przepływająca przez sito 63μm będzie klarowna. Pozostałość na sicie 63μm suszymy w temp. (110±5)ºC do stałej masy, ochładzamy, ważymy i zapisujemy jako (M₂).

W metodzie przesiewania przemyty i wysuszony materiał (lub bezpośrednio suchą próbkę) na zestaw sit złożony z kilku sit zmontowanych, ułożonych od góry do dołu wg malejących wymiarów oraz denka i pokrywy.

Zestaw sit wstrząsamy mechanicznie lub ręcznie. Proces przesiewania może być uznany za zakończony, gdy masa zatrzymywanego materiału nie zmienia się więcej niż o 1,0% po 1 min przesiewania.

Następnie ważymy materiał pozostający na sicie o największych wymiarach otworów i zapisujemy jego masę jako R₁.Tę samą operację powtarzamy dla sita położonego niżej i zapisujemy jego masę jako R₂. Kontynuujemy tę samą operację dla wszystkich sit zestawu w celu uzyskania mas pozostających na poszczególnych sitach i zapisujemy te masy jako R₃, R₄,

R₅,..., R_n. Na koniec ważymy przesiany materiał pozostający na denku i zapisujemy jego masę jako P.

Obliczmy masy pozostające na każdym sicie w procentach w stosunku do suchej masy M₁, następnie obliczamy procentową zawartość wyjściową suchej masy kruszywa przechodzącej przez każde sito z wyjątkiem masy przechodzącej przez sito 63μm. Procentową zawartość pyłów (f) przechodzących przez sito 63μm obliczamy ze wzoru:

[%]

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.

Jeżeli suma mas R_i, M₂ i P różni się więcej niż 1% od masy M₁, badanie należy powtórzyć.

OZNACZANIE GĘSTOŚCI NASYPOWEJ

Gęstość nasypowa - 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.

Gęstość nasypowa w stanie luźnym

Cylinder o masie (m₁) i objętości (V) wypełnia się kruszywem sypanym czerpakiem opartym o górną krawędź aż do przesypania, przy czym krawędź czerpaka nie powinna w żadnym przypadku znaleźć się wyżej niż 50 mm od brzegu pojemnika. Po ostrożnym usunięciu nadmiaru kruszywa za pomocą stalowego zgarniaka należy zważyć wypełniony kruszywem cylinder (m₂) z dokładnością do 0,1%.

Gęstość nasypową w stanie luźnym ρ_b oblicza się ze wzoru :

ρ_b=
[Mg/m³]

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.

Gęstość nasypowa w stanie zagęszczonym

Wypełniony kruszywem cylinder należy postawić na stoliku wibracyjnym i wibrować przez 3 minuty, następnie uzupełnić kruszywo z „nadmiarem” i wibrować jeszcze przez 1 minutę. Po zakończeniu wibrowania usuwa się nadmiar kruszywa, wyrównując powierzchnię i waży cylinder wypełniony kruszywem (m₃).

Gęstość nasypową w stanie zagęszczonym ρ_bz oblicza się ze wzoru :

ρ_bz=
[Mg/m³]

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

OZNACZANIE JAMISTOŚCI

Jamistość -objętość wolnych przestrzeni między ziarnami kruszywa znajdującego się w pojemniku, obliczona zgodnie ze wzorem:

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.

OZNACZANIE GĘSTOŚCI OBJĘTOŚCIOWEJ (POZORNEJ) I GĘSTOŚCI

Gęstość objętościowa (pozorna) - jest to stosunek masy kruszywa w stanie suchym do jego całkowitej objętości wraz z porami wewnętrznymi, bez przestrzeni międzyziarnowych.

Gęstość - jest to stosunek masy kruszywa w stanie suchym (dopuszcza się również badanie na próbkach powierzchniowo osuszonych lub nasyconych do stałej masy) do jego objętości (bez przestrzeni międzyziarnowych i porów wewnątrz ziaren).

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 dla kruszywa o wymiarach ziaren od 31,5 mm do 63 mm stosuje się metodę drucianego kosza. Przygotowaną próbkę umieszcza się w drucianym koszu i zanurza w wodzie o temp. (22±3)°C tak, aby woda sięgała co najmniej 50 mm powyżej górnej części kosza. Niezwłocznie po zanurzeniu podnieść kosz na wysokość 25 mm ponad podstawę zbiornika i ponownie zanurzyć 25 razy, z częstotliwością jedno zanurzenie na sekundę. Kosz z kruszywem pozostawić całkowicie zanurzony w wodzie przez (24±0,5) h. Następnie potrząsnąć koszem z próbką i zważyć w wodzie (na wadze hydrostatycznej) . Zapisać masę (M₂) i temperaturę wody. 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). Pusty kosz umieścić w wodzie potrząsając 25 razy i zważyć (M₃).

Kruszywo umieścić w suszarce w temperaturze (110±5)°C do osiągnięcia stałej masy (M₄).

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

OZNACZANIE KSZTAŁTU ZIAREN

Ziarno nieforemne charakteryzuje się wskaźnikiem kształtu (stosunek długości dwóch boków o skrajnych wymiarach) większym niż 3. Pomiary ziaren wykonuje się za pomocą suwmiarki Schultza. Wynikiem badania jest procentowy wskaźnik kształtu:

gdzie:

M₁ - masa próbki analitycznej, w gramach

M₂ - masa ziaren nieforemnych, w gramach

Wskaźnik ten wywiera wpływ na większość cech eksploatacyjnych betonu, zwłaszcza mrozoodporność i wodoszczelność. Szkodliwy wpływ ziaren nieforemnych uwidacznia się w:

• konieczności zwiększania zawartości cementu w betonie, ze względu na mniej szczelne układanie się w stosie kruszywowym niż ziarna krępe oraz ze względu na większy moduł powierzchniowy kruszywa (stosunek powierzchni do objętości)

• posiadaniu wyższego wskaźnika rozkruszenia niż ziarna krępe

• układaniu się poziomo ziaren płaskich w mieszance betonowej, co powoduje gromadzenie się pod nim wody oraz pustek powietrznych.

OZNACZANIE SZCZELNOŚCI

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.

OZNACZANIE POROWATOŚCI

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

gdzie:

ρ - gęstość

ρ_a - gęstość objętościowa (pozorna)

s - szczelność

OZNACZENIE NASIĄKLIWOŚCI

Nasiąkliwość jest to zdolność kruszywa do chłonięcia wody. Cechę tę bada się dla kruszyw grubych.

Próbkę kruszywa należy umieścić w koszu drucianym w wodzie o temperaturze (22±3)°C tak, aby woda sięgała co najmniej 50 mm powyżej górnej części kosza. Niezwłocznie po zanurzeniu podnieść kosz na wysokość 25 mm ponad podstawę zbiornika i ponownie zanurzyć 25 razy, z częstotliwością jedno zanurzenie 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).

OZNACZANIE WILGOTNOŚCI

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)

OZNACZANIE MROZOODPORNOŚCI

Mrozoodporność - odporność ziaren kruszywa na niszczące działanie wielokrotnego zamrażania i rozmrażania kruszywa nasyconego wodą. Nie oznacza się mrozoodporności kruszyw drobnych (próbkę należy przesiać przez sito #4mm). Zalecane wymiary frakcji powinny być zawarte w przedziale od 8mm do 16 mm. Do badania należy użyć trzech pojedynczych próbek.

Zasada metody.

Próbka analityczna kruszywa jednofrakcyjnego nasączana wodą w warunkach ciśnienia atmosferycznego jest poddawana 10 cyklom zamrażania i rozmrażania. Cykl obejmuje zamrażanie pod wodą do temperatury -17,5°C, a następnie rozmrażane w kąpieli wodnej, w temperaturze około 20°C. Po wykonaniu wymaganej liczby cykli zamrażania i rozmrażania bada się zmiany kruszywa (powstałe pęknięcia, straty masy i zmiany wytrzymałości).

Wykonanie badania.

Próbki do badania należy oczyścić, wysuszyć do stałej masy w temperaturze (110±5)°C, ostudzić do temperatury otoczenia i natychmiast zważyć (M₁). Tak przygotowane próbki powinny być przechowywane w warunkach ciśnienia atmosferycznego przez (24±1) h, w odpowiednich pojemnikach (metalowe wytłoczone, odporne na korozję, o gr. ścianek ok.0,6mm, o nominalnej pojemności 2000ml, wew. średnicy 120 do 140 mm i wew. wysokości odpowiednio 170 do 200 mm, wyposażone w pokrywę) w temperaturze (20±3)°C, w destylowanej lub zdejonizowanej wodzie, której poziom sięga co najmniej 10 mm nad poziom zanurzonej próbki analitycznej, przez cały okres nasączania 24 h. Pojemniki zamknąć i umieścić w zamrażarce tak, aby odległość pomiędzy pojemnikami i ścianami bocznymi zamrażarki nie była mniejsza niż 50 mm i aby pojemniki wzajemnie się nie stykały. Próbki poddać 10 cyklom zamrażania i rozmrażania.

1. Zmniejszać temp. z (20±3)°C do 0°C w czasie (150±30) min i utrzymywać temp.0°C przez (210±30) min.

2. Zmniejszać temp. z 0°C do (-17,5±2,5)°C w czasie (180±30) min i utrzymywać temp. (-17,5±2,5)°C przez minimum 240 min.

3. Na żadnym etapie badania temp. powietrza nie zmniejszać poniżej -22°C.

4. Po zakończeniu każdego cyklu zamrażania-rozmrażania zanurzyć pojemniki w wodzie o temp. ok. 20oc. Rozmrażanie uważa się za zakończone, kiedy temp. osiąga (20±3)°C.

5. Po zakończeniu każdego etapu rozmrażania pojemniki pozostawić w wodzie o temp. (20±3)°C przez ok. 10 h. Każdy pełny cykl zamrażania-rozmrażania powinien być wykonany w ciągu 24 h.

Po zakończeniu dziesiątego cyklu zawartość każdego pojemnika przenieść na sito badawcze o wymiarze otworów równym połowie dolnego wymiaru sita, stosowanego do przygotowania próbki . Przemyć i przesiać badaną próbkę ręcznie na określonym sicie. Pozostałość na sicie suszyć w temp. (110±5)°C do osiągnięcia stałej masy, następnie ochłodzić do temperatury otoczenia i natychmiast zważyć (M₂).

Obliczanie i przedstawianie wyników.

1. Oznaczanie ubytku masy, wyrażonego w procentach

Zawartość podziarna obliczyć ważąc połączone pozostałości z trzech próbek do badania i wyrazić uzyskaną masę jako procent masy połączonych próbek do badania. Wynik obliczamy ze wzoru:

gdzie:

M₁ - początkowa całkowita masa trzech wysuszonych próbek, w gramach

M₂ - końcowa całkowita masa trzech wysuszonych próbek, jaka pozostała na określonym sicie, w gramach

F - ubytek masy trzech próbek po cyklicznym zamrażaniu-rozmrażaniu, wyrażony w procentach

2. Oznaczanie spadku wytrzymałości po badaniu mrozoodporności

Obliczyć (w %) różnicę między wynikami wytrzymałości uzyskanymi dla próbek poddawanych i nie poddawanych badaniu mrozoodporności, a następnie spadek wytrzymałości (w %), z dokładnością do 0,1% ze wzoru(1) lub (2)

(1)

gdzie:

ΔS_LA - spadek wytrzymałości, w %

S_LA0 - współczynnik Los Angeles, oznaczany dla próbki przed badaniem mrozoodporności

S_LA1 - współczynnik Los Angeles, oznaczany dla próbki po badaniu mrozoodporności

(2)

gdzie:

ΔS_SZ - spadek wytrzymałości, w %

S_SZ0 - wskaźnik wytrzymałości na uderzenie, oznaczany dla próbki przed badaniem mrozoodporności

S_SZ1 - wskaźnik wytrzymałości na uderzenie, oznaczany dla próbki po badaniu mrozoodporności.

OZNACZANIE ODPORNOŚCI NA ROZDRABNIANIE

Dotyczy ono kruszywa grubego. Może być wykonywane dwoma metodami:

1. badanie metodą Los Angeles (met. zalecana) - próbka kruszywa wraz ze stalowymi kulami jest obtaczana w obracającym się bębnie (500 obrotów ze stałą prędkością 31-33 obr/min). Po zakończeniu pełnego cyklu obrotów określa się ilość materiału pozostającego na sicie 1,6 mm. Współczynnik Los Angeles (LA) oblicza się ze wzoru:

gdzie:

m - masa pozostająca na sicie 1,6 mm, w gramach

2. badanie odporności na uderzenia (met. alternatywna) - miara mechanicznej kruszywa odporności na uderzenia jest wartość (SZ). Ziarna frakcji 8-12,5 mm są kruszone w urządzeniu badawczym w wyniku 10 uderzeń z wysokości 370 mm. Stopień rozdrobnienia określany jest metodą analizy sitowej z wykorzystaniem 5 sit badawczych: 0,2 mm; 0,63 mm; 2 mm; 5 mm; 8 mm (rozpoczynając od sita 8 mm). Oblicza się % mas przechodzących przez każde z sit. Wartość odporności na uderzenia (SZ) oblicza się ze wzoru:

[%]

gdzie:

M - suma mas w % przechodzących przez każde z 5 sit badawczych.

OZNACZANIE ODPORNOŚCI NA ŚCIERANIE ABRAZYJNE PRZEZ OPONY Z KOLCAMI (BADANIE SKANDYNAWSKIE)

Próbka kruszywa o wymiarze ziaren od 11,2 do 16 mm jest obracana w stalowym bębnie razem z kulami stalowymi i wodą. Trzy żebra, zamontowane wewnątrz bębna, polepszają mieszanie ziaren kruszywa i kul stalowych. Podczas obrotów bębna zawartość ściera się. Po określonej liczbie obrotów zawartość wyjmuje się z bębna i kruszywo przesiewa się przez sita 14 mm, 8 mm, 2 mm w celu określenia zużyci wyrażającego ubytek w %.

Wartość ścieralności wg badania skandynawskiego A_N oblicza się ze wzoru:

gdzie:

m_i - początkowa masa suchej próbki do badania, w gramach

m₂ - suma mas trzech suchych frakcji, pozostających na 3 sitach (14, 8, 2 mm) po badaniu, w gramach.

BADANIA WG STAREJ NORMY PN-86/B-06712 (nieujęte w nowej normie PN-EN 12620)

OZNACZANIE WYTRZYMAŁOŚCI NA MIAŻDŻENIE

Badanie ma na celu ustalenie procentowego ubytku masy kruszywa w wyniku zmiażdżenia określoną siłą próbki kruszywa umieszczonej w sztywnym naczyniu cylindrycznym. Polega ono na zmiażdżeniu wysuszonej próbki kruszywa o masie m określoną siłą (150 kN) oraz przesianiu zmiażdżonego kruszywa przez sito kontrolne #2mm. Po skończonym przesiewie waży się pozostałość na sicie kontrolnym (m₁). Miarą wytrzymałości na miażdżenie jest wskaźnik rozkruszenia X, obliczany ze wzoru:

OZNACZANIE ŚCIERALNOŚCI

Badanie polega na określeniu ubytku masy kruszywa w wyniku wzajemnego ścierania się ziaren ( w bębnie Devala) lub w wyniku wzajemnego ścierania się ziaren z udziałem kul stalowych (w bębnie Los Angeles).

OZNACZANIE ZAWARTOŚCI ZIAREN SŁABYCH

Polega na określeniu procentowego udziału w kruszywie masy ziaren, które uległy zniszczeniu w wyniku ściskania pojedynczych ziaren miedzy dwoma sztywnymi i równoległymi płaszczyznami określoną siłą, prostopadłą do tych płaszczyzn. Ziarna, które ulegną zniszczeniu należy odrzucić, a pozostałe zważyć (m₁). Następnie oblicza się wskaźnik procentowy:

DOMIESZKI DO BETONÓW

W nowoczesnej technologii betonów i zapraw coraz powszechniejsze zastosowanie mają domieszki, dodawane w ilości od 0,2% do 5% masy cementu.

Udział domieszek w porównaniu z pozostałymi składnikami jest więc tak mały, że można go nie uwzględniać w objętościowym bilansie składników betonu (wzór absolutnych objętości).

Celem ich stosowania jest:

• modyfikacja cech mieszanki betonowej (nie związanej)

• nadanie odpowiednich właściwości betonowi stwardniałemu

KLASYFIKACJA DOMIESZEK Z UWAGI NA GŁÓWNY SKUTEK ICH DZIAŁANIA:

• domieszki modyfikujące właściwości reologiczne mieszanki betonowej (konsystencję i urabialność) i pozwalające na zredukowanie ilości wody zarobowej:

• uplastyczniające (plastyfikatory )

• upłynniające (superplastyfikatory)

• domieszki modyfikujące przebieg wiązania i twardnienia:

• przyspieszające twardnienie (większa intensywność narastania wytrzymałości w początkowym okresie dojrzewania)

• opóźniające wiązanie

• przeciwmrozowe

• domieszki napowietrzające

• domieszki uszczelniające

Niezależnie od domieszek posiadających zdolność modyfikowania pojedynczych cech mieszanki betonowej lub betonu stwardniałego istnieją także domieszki kompleksowe, pozwalające na równoczesną modyfikację dwóch lub więcej cech.

Efekt końcowy głównego działania domieszek na mieszankę betonową lub beton stwardniały zależy m. innymi od następujących czynników:

• składu chemicznego samej domieszki,

• ilości domieszki,

• obecności innych domieszek,

• składu mineralnego cementu,

• zawartości wody zarobowej,

• współczynnika W/C,

• uziarnienia i rodzaju kruszywa,

• wyjściowej urabialności,

• temperatury

Każda domieszka ma określone podstawowe działanie ale może też wykazywać działania uboczne, nie zawsze pożądane.

Ważne przy stosowaniu domieszek jest dopilnowanie, aby beton lub zaprawa, do których się je dodaje, były dobrze zaprojektowane, a także by ich dozowanie i wpływ na mieszankę betonową i beton zostały zweryfikowane laboratoryjnie.

Plastyfikatory i superplastyfikatory są najpopularniejszymi domieszkami, stosowanymi do betonów.

Pozwalają one na zwiększenie ciekłości mieszanki betonowej bez konieczności podniesienia wskaźnika W/C.

Tym samym pozwalają one na:

• zwiększenie wytrzymałości betonu od 5% do około 20%, gdy zachowując wyjściową konsystencję mieszanki betonowej ( wg projektu ) , wykonujemy odpowiednią redukcję wody zarobowej, zachowując nie zmienione dozowanie cementu

• zmniejszenie zużycia cementu, gdy redukcji wody jak wyżej, towarzyszy odpowiednia redukcja ilości cementu (W/C = const.)

Innymi konsekwencjami stosowania plastyfikatorów są:

• zwiększenie szczelności mieszanki betonowej,

• poprawa przyczepności mieszanki betonowej do prętów zbrojeniowych,

• poprawa mrozoodporności nawet o 50% (przy redukcji wody),

• obniżenie nasiąkliwości.

Różnica między plastyfikatorami a superplastyfikatorami to ilość wody zarobowej, jaką dzięki ich zastosowaniu można zredukować.

I tak:

• plastyfikatory pozwalają zredukować ilość wody zarobowej o 8% do 18%,

• superplastyfikatory pozwalają zredukować ilość wody zarobowej o 18% do 30%

PLASTYFIKATORY to z reguły substancje organiczne, o następujących własnościach:

• obniżają napięcie powierzchniowe wody, dzięki czemu mniejsza ilość wody jest w stanie zwilżyć większą powierzchnię,

• zobojętniają ładunki elektrostatyczne na powierzchni ziaren cementu, dzięki czemu ziarna występują oddzielnie a nie jako zbitki wielu ziaren. Możliwe jest więc lepsze wykorzystanie cementu, jako, że jego kontakt z wodą ma miejsce na większej powierzchni; tym samym następuje pełniejsza hydratacja cementu.

Plastyfikatory dozowane są na ogół w bardzo niewielkich ilościach od około 0,2% do około 0,5% masy cementu. Dodaje się je do mieszanki betonowej po uprzednim wymieszaniu z wodą zarobową lub jej częścią.

Możliwe są pewne efekty uboczne stosowania plastyfikatorów w postaci:

• opóźnienia czasu wiązania i twardnienia,

• pewnego napowietrzenia ( do 3% ).

Pierwsze plastyfikatory zaczęto stosować w budownictwie około 40 lat temu. Były to tanie odpady przemysłu celulozowego - lignosulfoniany.

Domieszki uplastyczniające stosuje się do zasadniczo do kompozytów dojrzewających w warunkach naturalnych.

Główne obszary ich zastosowań to:

• konstrukcje cienkościenne o gęstym zbrojeniu

• betony w prefabrykacji

• betony sprężone

• betony pompowe

• betony drogowe

SUPERPLASTYFIKATORY to w większości wielkocząsteczkowe związki syntetyczne .

Mechanizm ich działania to:

• tworzenie b. cienkiej warstwy „smarującej”, obniżającej tarcie wewnętrzne a więc ułatwiającej wzajemny poślizg stałych cząsteczek mieszanki,

• utworzenie ładunków ujemnych wokół ziaren cementu, co powoduje ich wzajemne odpychanie, a więc przeciwdziała zbijaniu się,

• obniżenie napięcia powierzchniowego wody w stosunku do cementu i mikrowypełniaczy

Superplastyfikatory dozuje się w ilości od 0,5% do około 5% masy cementu, przeważnie około 2%. Dodaje się je zazwyczaj do wstępnie wymieszanej mieszanki.

Dzięki nim po raz pierwszy stała się możliwa produkcja betonu z ilością wody wymaganą tylko dla hydratacji cementu.

Ich działanie ustaje po około 60-90- minutach; mieszanka wraca do swej pierwotnej urabialności.

Mogą dawać tzw. sztywnienie mieszanki, związane z przyspieszeniem czasu wiązania.

W przypadku betonu towarowego zaleca się dozowanie dwustopniowe: część podczas mieszania, część tuż przed ułożeniem mieszanki.

Ogólne korzyści związane ze stosowaniem superplastyfikatorów to:

• wzrost szczelności,

• wzrost wodoszczelności,

• wzrost odporności na środowiska agresywne

• większa mrozoodporność

• większa odporność na ścieranie

• lepsza przyczepność do betonu starego

Przy nie zmienionym W/C najkorzystniejsze efekty stosowania upłynniaczy to:

• łatwość układania

• możliwość eliminacji wibrowania

• możliwość i łatwość pompowania

• możliwość betonowania elementów gęsto zbrojonych, trudnodostępnych, o skomplikowanym kształcie

• lepsze otulenie zbrojenia

• łatwość opróżniania mieszarek

• lepszy wygląd powierzchni betonu.

W przypadku redukcji wody (zmniejszenie W/C) najkorzystniejsze efekty to:

• znaczne zwiększenie wytrzymałości początkowych

• możliwość szybszego rozformowania

• mniej uszkodzeń przy rozformowaniu

• zwiększenie trwałości betonu

• możliwość naparzania

Główne obszary zastosowań upłynniaczy to :

• produkcja betonów towarowych

• betony natryskowe,

• betony pompowane

• fibrobetony

• betony naparzane

DOMIESZKI PRZYSPIESZAJĄCE TWARDNIENIE to głównie sole.

Ich działanie polega na przyspieszeniu procesu hydratacji cementu i twardnienia betonu.

Dodatkowo obniżają temperaturę zamarzania wody zarobowej.

Muszą być dozowane ściśle wg zaleceń producenta, bo można osiągnąć efekt odwrotny od zamierzonego, za ponadto nadmierny skurcz bądź wykwity na betonie.

Niektóre z tych domieszek powodują korozję stali zbrojeniowej, a więc nie mogą być stosowane do żelbetu.

DOMIESZKI OPÓŹNIAJĄCE WIĄZANIE to są związki organiczne lub nieorganiczne (sole).Ich działanie polega na obniżeniu rozpuszczalności cementu w wodzie.

Polega to na tym, że domieszki te osadzają się na ziarnach cementu i tworzą na pewien okres warstewkę opóźniającą kontakt cementu z wodą.

Najczęściej powodują one pewne uplastycznienie mieszanki.

DOMIESZKI PRZECIWMROZOWE maja umożliwić hydratację cementu w temperaturze poniżej 0°C .Posiadają dość podobne działanie do domieszek przyspieszających twardnienie.

Polega ono na :

• obniżeniu temperatury zamarzania wody zarobowej,

• przyspieszeniu hydratacji cementu,

• podwyższeniu ilości ciepła, wydzielającego się podczas hydratacji,

• redukcji ilości wody zarobowej, a więc i wskaźnika W/C.

Niektóre mogą powodować korozję stali zbrojeniowej.

DOMIESZKI NAPOWIETRZAJĄCE mają za zadanie wprowadzić do mieszanki betonowej kontrolowaną ilość(max. 5% objętość betonu) zamkniętych, bardzo drobnych (20-250 μm) pęcherzyków powietrza, odległych od siebie o 150-200 μm.

Pęcherzyki te zmniejszają siły tarcia wewnętrznego w mieszance betonowej, lekko ją uplastyczniając oraz zapobiegając segregacji jej składników.

Natomiast w betonie stwardniałym, przerywają ciągłość porów kapilarnych (a w efekcie podciąganie wody), powstałych w wyniku odparowania części wody zarobowej a także stanowią przestrzenie, gdzie zamarzająca woda może ekspandować.

O stopniu napowietrzenia decyduje nie tylko domieszka ale także uziarnienie kruszywa drobnego. Pyły o uziarnieniu 0/0,25 utrudniają napowietrzenie, natomiast frakcje 0,25/1,0 znacznie je ułatwiają.

DOMIESZKI USZCZELNIAJĄCE są to zazwyczaj popioły lotne, bentonit, mączki kamienne itp. Ich działanie polega głównie na biernym uniedrożnieniu otwartych porów kapilarnych.

Ponieważ są to materiały bardzo drobne (o wysokiej wodożądności), stosowaniu domieszek uszczelniających musi towarzyszyć jednoczesne stosowanie plastyfikatorów lub upłynniaczy.

Głównym efektem działania tych domieszek jest wzrost wodoszczelności betonu.

DODATKI DO BETONU

Przez dodatek do betonu rozumie się dodatkowy składnik, oprócz tradycyjnych podstawowych, występujący w ilości większej niż 5% masy cementu. Zadaniem dodatków jest:

• polepszenie wybranych właściwości betonu

• zaoszczędzenie cementu

• uzupełnienie pylastych frakcji kruszywa.

Dzięki dodatkom można uzyskiwać także betony specjalne. Dodatki mają postać pyłów, okruchów lub włókien. Wymagają dozowania wagowego, bardzo starannego rozprowadzenia w mieszance betonowej i często zaostrzonych warunków pielęgnacji.

DODATKI PYLASTE

Są to przede wszystkim mielony granulowany żużel wielkopiecowy, popiół lotny, pył krzemionkowy. Wyjątkowo mogą to być mączki skalne, zwłaszcza wapienna i kwarcowa, traktowane jako składnik chemicznie bierny.

Popiół lotny poprawia urabialność mieszanki betonowej i poważnie wpływa na istotne cechy betonu ponieważ:

• podwyższa odporność na agresywne środowisko siarczanowe,

• pozwala obniżać ilość cementu, gdy beton może mieć niską wytrzymałość, lecz jako mieszanka musi mieć dobrą urabialność,

• poważnie zwalnia twardnienie betonu,

• podwyższa odporność na temperaturę z 400°C do 600°C,

• można przyjąć, że skurcz betonu maleje proporcjonalnie do ilości cementu zastąpionego popiołem lotnym,

• wodoszczelność betonu maleje z reguły przy zamianie cementu na popiół, natomiast podwyższa się, jeżeli zastosuje się popiół bez obniżania ilości cementu,

• nasiąkliwość betonu nieznacznie wzrasta lub nie ulega zmianie,

• odporność na działanie mrozu maleje.

Żużel wielkopiecowy granulowany, słabo zasadowy, zmielony do miałkości, jaką mają popioły, oddziałuje podobnie jak popiół lotny. Natomiast efekty zastosowania mogą być w wielu przypadkach korzystniejsze , gdyż żużel jest aktywniejszy oraz skuteczniej uszczelnia beton.

Mączki skalne dodaje się do betonów, które muszą charakteryzować się dobrą urabialnością. Należy wówczas zachować warunek, aby sumaryczna ilość części miałkich do 0,25 mm, tj. cementu i dodatków, odpowiadała wartościom podanym w tablicy:

Lp.	Beton	Ilość zaprawy [dm^3/m^3]		Najmniejsza objętość ziaren miałkich *	Optymalna objętość zaczynu [dm^3/m^3]	W/C
							największa	zalecana
1	z kruszywem do 63 mm	450	400-450	70	250	0,7
2	z kruszywem do 32 mm	550	450-500	80	320	0,6
3	z kruszywem do 16 mm	600	500-550	95	370	0,55
4	sprężony	500	450-500	80	300	0,45
5	niezbrojony	220-450		  graniczne ilości cementu [kg/ m^3] 
6	żelbet	270-450
7	klasy >B35	Maks. 550
* najmniejsza sumaryczna objętość absolutna ziaren kruszywa i dodatków poniżej 0,125mm oraz cementu [dm^3/m]

Wymagania dotyczące mieszanek betonowych ze względu na ich urabialność.

Najkorzystniejsze efekty uzyskuje się przy stosowaniu mączek pochodzących ze skał wapiennych słabiej skrystalizowanych. Niemniej jednak często stosuje się mączki kwarcowe. Maczki dodaje się do betonów najniższych klas. Korzystnie jest zastosować jednocześnie plastyfikator.

Bentonit jest skałą ilastą składającą się głównie z glinokrzemianów, które pod wpływem wody silnie pęcznieją, zwiększając kilkakrotnie swoją objętość.

DODATKI OKRUCHOWE

Okruchami są ziarenka skalne, metalowe, porcelanowe, z tworzywa sztucznego itp. O wielkości od 1 do 4 mm stosowane tylko do zewnętrznych warstw wyrobów betonowych. Celem ich jest odpowiednio: podwyższenie odporności na ścieranie, uzyskanie chropowatości, odpowiedniego zabarwienia i czasem szczelności.

ŻYWICE SYNTETYCZNE

Najkorzystniejsze jako dodatek do betonu cementowego są żywice akrylowe i epoksydowe. Wykazują one znaczna adhezję (sczepność) z kruszywem i ze stwardniałym zaczynem. Odpowiednia odmian żywic może sieciować (wiązać) w wilgotnym środowisku alkalicznym nawet przy dość niskiej temperaturze. Odpowiednio dobrany kompozyt żywiczny polepsza urabialność mieszanki betonowej oraz wytrzymałość i właściwości fizyczne oraz chemiczne. Wskaźnik W/C można obniżyć nawet do wielkości 0,24.

DODATKI UODPARNIAJACE NA ODDZIAŁYWANIA MECHANICZNE

Często zachodzi potrzeba wzmocnienia betonu ze względu na:

• ścieralność powierzchniową,

• udarność,

• zmęczenie wywołane ciągłym drganiem.

W celu uodpornienia na ścieralność dodaje się do betonu: opiłki stalowe, rozdrobniony węglik krzemu (karborund), żużle ołowiane lub miedziowe, stłuczkę porcelanową.

W przypadku, gdy beton ma się cechować większa odpornością na uderzenia i drgania korzystniejsze są dodatki o kształcie wydłużonym. Z powodzeniem stosuje się wtedy wióry żeliwne i krótkie odcinki drutu stalowego.

Do betonów, które maja cechować się tylko podwyższoną odpornością na zmęczenie przewiduje się dodatki włókniste z włókna szklanego, tworzyw sztucznych i włókna mineralne, a nawet roślinne.

---