1. Oznaczenie składu petrograficznego i opis makroskopowy.

Oznaczenie składu petrograficznego kruszywa wykonujemy przez makroskopowe rozpoznanie z jakiej grupy skał kruszywo pochodzi. Należy również określić wygląd ziarna - np. kruszywo bazaltowe jest dość płaskie. Jest to ważne, gdyż w technologii betonu najkorzystniejsze jest zastosowanie kruszywa o obłych kształtach które zapewnia większą odporność na przenoszone obciążenia niż kruszywo o nieregularnych, ostrych kształtach.

W trakcie ćwiczeń mogliśmy rozpoznać kruszywo wapienne, bazaltowe, granitowe oraz piasek 1-2.

2. Oznaczenie gęstości nasypowej kruszywa.

Gęstość nasypowa to masa materiału sypkiego - kruszywa - zajmująca jednostkę objętości - w stanie luźnym lub zagęszczonym. Oznaczamy ją jako:

Oznaczenie to wykonujemy korzystając z pojemnika o znanej pojemności i masie, gdzie jego wielkość zależy od grubości ziaren. Dla materiałów o grubszym ziarnie stosujemy pojemniki większe. Kruszywo wsypujemy do cylindra z wysokości 15cm i nożem usuwamy nadmiar materiału nad powierzchnią górną pojemnika i ważymy cylinder. Różnica uzyskanej masy i masy cylindra to masa materiału, którą dzielimy przez objętość pojemnika i otrzymujemy gęstość nasypową w stanie luźnym.

W celu oznaczenia gęstości nasypowej w stanie zagęszczonym wsypujemy kruszywo do 1/3 objętości cylindra, umieszczamy go na wstrząsarce i w miarę zagęszczania się materiału dosypujemy go do końca pojemności pojemnika. Na koniec usuwamy nadmiar materiału np. kielnią murarską (ew. dosypujemy materiału i maksymalnie go ubijamy). Dalej postępujemy j.w. i otrzymujemy gęstość nasypową w stanie zagęszczonym.

W naszym badaniu do wykonania oznaczenia użyliśmy pojemnika o objętości 3dm³ i ustalonej wadze - 3300g. Badaliśmy gęstość nasypową w stanie luźnym i zagęszczonym żwiru, granitu oraz keramzytu. A oto uzyskane wartości:

materiał	ρNZ [g/cm^3]	ρNZ [g/cm^3]
żwir	1,42	1,52
granit	1,4	1,53
keramzyt	0,62	0,69

3. Oznaczenie wytrzymałości na miażdżenie.

Wytrzymałość na miażdżenie to procentowy udział masy kruszywa, która pozostała po zmiażdżeniu i przepuszczeniu przez sito o dwa oczka mniejsze.

Dla wykonania oznaczenia wsypujemy 1,8 dm³ kruszywa do stalowego cylindra, który umieszczamy na wanience o ustalonej masie w maszynie wytrzymałościowej umożliwiające wykonanie badania na ściskanie materiałów. Wywieramy na kruszywo nacisk 200 kN i przesiewamy je przez sito o dwa oczka mniejsze i ważymy pozostałość na tym sicie.

W naszym badaniu oznaczaliśmy wytrzymałość na miażdżenie żwiru o frakcji 8-16, o uprzednio zbadanej gęstości nasypowej w stanie luźnym =1,42 [g/cm³] - czyli dla 1,8dm³ - 2550g kruszywa. Po zmiażdżeniu i przesianiu przez sito o oczkach 2 i zważeniu pozostało 200g kruszywa, co oznacza, że 7,8% materiału nie uległo dużemu zmiażdżeniu.

4. Oznaczenie składu ziarnowego kruszywa.

Oznaczenie składu ziarnowego kruszywa polega na rozdzieleniu kruszywa na frakcje za pomocą sit, a następnie ustaleniu procentowego udziału mas poszczególnych frakcji w masie próbki kruszywa. Wymiary kwadratowych otworów sit w zestawie sit kontrolnych były następujące: 0,063; 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 4; 8; 16; 31,5mm. Ze średniej próbki laboratoryjnej należy pobrać próbkę analityczną, i wysuszyć do stałej masy w temp. 105-110⁰C, ostudzić i odważyć próbkę do analizy sitowej. Dla dokładniejszego wyniku wykonaliśmy przesiewy 3 próbek tego samego materiału. A oto uzyskane wyniki:

Otwór	Pozostałości na sitach [g]			średnia	%	Przechodzi %
		I	II				III
0,063	10	5	5	6,7	0,02	0,08
0,125	25	15	20	20	0,5	0,1
0,25	185	155	150	163,3	4,1	0,6
0,5	235	190	180	201,7	5,1	4,7
1	140	255	245	213,3	5,3	9,8
2	315	560	695	523,3	13,1	15,1
4	1315	1125	865	1101,7	27,6	28,2
8	1580	1495	1695	1590	39,9	55,8
16	185	200	130	171,7	4,3	95,7
31,5	0	0	0	0	0	100
Masa	3990	4000	3985	3991,7	100

5. Oznaczenie zawartości zanieczyszczeń organicznych.

Oznaczenie zawartości zanieczyszczeń organicznych polega na wzrokowej ocenie zmian zabarwienia wodnego roztworu wodorotlenku sodowego (NaOH), działającego na próbkę kruszywa, na porównaniu z barwą roztworu wzorcowego. Oznaczenie to jest ważne, gdyż zawartość takich zanieczyszczeń w kruszywie wpływa ujemnie na wytrzymałość i trwałość betonu w którym kruszywo zostało zastosowane.

Roztwór wzorcowy przygotowuje się, rozpuszczając 2g taniny w 98cm³ jednoprocentowego wodnego roztworu alkoholu etylowego. Z tak przygotowanego roztworu pobiera się 2,5cm³ i miesza z 97,5cm³ trzyprocentowego roztworu wodorotlenku sodowego w wodzie destylowanej. Tak przygotowana ciecz ma barwę wzorcową. Przechowujemy ją przez 7 dni w naczyniu z białego przezroczystego szkła, chroniąc ją przed naświetlaniem promieniami słonecznymi.

Próbkę badanego kruszywa o masie około 500g przygotowuje się ze średniej próbki laboratoryjnej metodą kwartowania. Próbkę tę przesiewa się przez sito 31,5mm, a większe ziarna rozdrabnia się do wielkości mniejszej. Tak przygotowaną próbkę kruszywa wsypujemy do cylindra pomiarowego o pojemności 1000ml i zalewa trzyprocentowym wodnym roztworem wodorotlenku sodowego tak, aby warstwa cieczy nad kruszywem była nie mniejsza niż warstwa kruszywa. Zawartość cylindra miesza się i odstawia na 24h. Po upływie tego czasu porównuje się barwę cieczy nad kruszywem z barwą roztworu wzorcowego. Barwa jaśniejsza lub taka sama jak barwa roztworu wzorcowego świadczy o braku szkodliwej zawartości substancji organicznych w kruszywie. Barwa ciemniejsza świadczy o nadmiernym zanieczyszczeniu kruszywa.

6. Oznaczenie zawartości części ilastych oraz pylastych w kruszywie.

Oznaczenie zawartości części ilastych oraz pylastych w kruszywie wykonuje się metodą Stokes'a - płukaniu. Zasada pomiaru polega na osadzeniu zawiesiny cząstek mineralnych w wodzie i wypłukiwaniu oraz odrzuceniu cząstek pozostałych w zawiesinie w czasie dłuższym niż 20s. Po skłóceniu kruszywa z czystą wodą cząstki mineralne opadają. Cząstki które w warunkach badania opadną z wysokości 25mm w czasie krótszym niż 20s będą większe niż 0,063mm. Czynność powtarzamy aż do braku występowania zawiesiny. Pozostałości suszymy w temp. 105⁰C i ważymy z dokładnością do 1g. Zawartość pyłu usuniętego przez płukanie oblicza się w procentach jako stosunek wartości ubytku masy kruszywa wypłukanego do pierwotnej masy kruszywa.

Rys.1 (Schemat sposobu wykonania oznaczenia metodą Stokes'a. W pozycji 1 woda skłócona z kruszywem tworzy zawiesinę z pyłów, która nie opada przed upływem 20s i jest wylewana.)

Do metalowego naczynia przytwierdzonego do deseczki, umocowanej przegubowo z drugą deseczką i połączonymi sznurkiem z drugiej strony w celu łatwego odlewania 25mm zawiesiny, wsypaliśmy 620g kruszywa, następnie zalaliśmy wodą do poziomu zaznaczonego znacznikiem wewnątrz naczynia i skłóciliśmy kruszywo z wodą. Po 20s odlaliśmy ustalony poziom zawiesiny. Czynności zostały powtórzone aż do otrzymania czystej i klarownej warstwy wody nad kruszywem, co świadczy o wypłukaniu części ilastych oraz pylastych. Pozostałe kruszywo ważyło 617g - tak więc zawartość pyłów i części ilastych wyniosła 0,48%.

7. Oznaczenie zawartości ziaren słabych i zwietrzałych.

Oznaczenie zawartości ziaren słabych i zwietrzałych polega na określeniu procentowego udziału w kruszywie naturalnym ziaren, które ulegają zniszczeniu na skutek zgniatania ziaren kruszywa siłą wywieraną na pojedyncze ziarna za pomocą obciążonych płyt stalowych. Badaniom poddajemy kruszywo o uziarnieniu 4-31,5mm. Jeśli w kruszywie jest więcej niż 85% masy ziaren kruszonych (łamanych), oznaczenia zawartości ziaren słabych nie przeprowadza się

Do wywierania nacisku służy przyrząd pokazany na rysunku:

Rys.2 (Przyrząd do oznaczania słabych ziaren kruszywa)

Przyrząd składa się z korpusu i podstawy oraz z górnego pionowego trzpienia. Na trzpieniu umieszczone są krążki z obciążnikami 6,5 oraz 13,5kg (o łącznej masie 60,5kg). W dolnej części przyrządu wmontowany jest trzpień pionowy, uruchamiany za pomocą dźwigni. Na górnej płytce, na ruchomym trzpieniu, ułożone są warstwami podkładki, służące do regulowania szczeliny między „główkami” górnego i dolnego trzpienia.

Przed przystąpienie do wykonania oznaczenia należy ustalić zawartość poszczególnych frakcji kruszywa. Frakcje, których zawartość jest mniejsza niż 10% można pominąć w oznaczeniu.

W zależności od wielkości ziaren frakcji pobieramy następujące masy kruszywa:

4-8mm najmniejsza masa próbki - 250g;

8-16 mm najmniejsza masa próbki - 500g;

16-31,5 mm najmniejsza masa próbki - 1500g.

Badane ziarna powinny być oczyszczone i wysuszone do stałej masy w temp. 105⁰C. Do badania ziaren o wielkościach 4-8mm obciążamy trzpień 6,5kg, dla ziaren 8-16mm - 20kg, a 16-31,5mm - 60,5kg. Wymiar szczeliny dostosowujemy do wielkości ziaren podkładkami.

Kolejne ziarna wchodzące w skład kruszywa umieszczamy w przyrządzie i powolnym ruchem dźwigni podnosi się ziarno kruszywa na główce trzpienia dolnego ku górze, a po zetknięciu z płytą dociskową trzpienia górnego unosi się wraz z kompletem obciążników, wywierających nacisk na ziarno. Słabe ziarna ulegają skruszeniu i należy je odrzucić, a pozostałe zważyć z dokładnością do 0,1%.

Zawartość ziaren słabych w jednej frakcji określa się procentowo jako stosunek ubytku masy ziaren odrzuconych po próbie do masy próbki pierwotnej.

8. Omów cechy techniczne oraz zastosowanie kruszyw sztucznych.

Kruszywa sztuczne dzielimy na grupy w zależności od rodzaju surowców i sposobów produkowania:

- Kruszywa z surowców mineralnych i poddawanych obróbce termicznej. Do nich zaliczamy keramzyt - najlżejsze kruszywo - i glinoporyt.

- Kruszywa z odpadów przemysłowych poddawanych obróbce termicznej - asortymenty kruszyw łupkoporytowych.

- Kruszywa z odpadów przemysłowych nie poddawane dodatkowej obróbce termicznej z asortymentami: elporytu i popiołu lotnego.

Ze względu na wielkość ziaren rozróżnia się kruszywa drobne o ziarnach 0-4mm i kruszywa grube o ziarnach 4-63mm. Poniżej podaje się określenia lekkich kruszy sztucznych, dostępnych w Polsce.

Keramzyt jest to sztuczne kruszywo lekkie, otrzymywane przez wypalanie surowców ilastych, pęczniejących w wysokiej temperaturze.

Glinoporyt jest to sztuczne tworzywo lekkie, otrzymywane przez spiekanie surowców ilastych i przekruszenie spieku.

Łupkoporyt jest to sztuczne kruszywo lekkie, otrzymywane przez spiekanie łupków przywęglowych i przekruszenie spieku.

Łupkoporyt ze zwałów jest to sztuczne kruszywo, otrzymywane przez rozdrobnienie łupków przywęglowych, przepalonych na zwale.

Popiół lotny powstaje ze spalania zmielonego węgla kamiennego w paleniskach elektrowni w stanie zawieszenia, a następnie jego wychwycenie z gazów spalinowych przy pomocy elektrofiltrów.

Kruszywa do betonów lekkich, w zależności od rodzaju surowców użytych do produkcji i metody produkcji dzielimy na 3 grupy:

- W zależności od granic uziarnienia dzielimy kruszywa na frakcje i rodzaje

- W zależności od gwarantowanej wytrzymałości betonu wykonanego z danego kruszywa dzielimy je na marki: 2,5; 7,5; 15; 25.

- Według właściwości fizycznych i składu chemicznego dzielimy je na dwa gatunki mieszankę drobną (0-4mm) o trzech odmianach i grube (4-31,5mm) jednofrakcyjne.

A oto cechy techniczne kruszyw do betonów lekkich:

Grupa kruszywa	Nazwa asortymentu	Gatunek	Straty przy porażeniu [%], nie więcej niż	Zawartość pyłów mineralnych [%], nie więcej niż	Zawartość zanieczyszczeń obcych [%], nie więcej niż	Zawartość ziaren nieforemnych [%], nie więcej niż
Kruszywa z surowców mineralnych i poddawanych obróbce termicznej	Keramzyt mieszanka drobna	1 2	- -	4 6	0,5 1	- -
		kruszywo jednofrakcyjne grube	1 2	- -	1 2	0,5 1	20 30
		Glinoporyt mieszanka drobna	1 2	3 5	4 6	0,5 1	- -
		kruszywo jednofrakcyjne grube	1 2	3 5	- -	0,5 1	- -
	Kruszywa sztuczne z odpadów przemysłowych poddawanych obróbce termicznej	Łupkoporyt mieszanka drobna	1 2	3 5	- -	0,5 1	- -
		kruszywo jednofrakcyjne grube	1 2	2 4	- -	0,5 1	- -
	Kruszywa sztuczne z odpadów przemysłowych nie poddane obróbce termicznej	Elporyt mieszanka drobna	2	6	- -	1	- -
		Łupkoryt ze zwałów	1 2	4 6	- -	1 2	- -
Kruszywa mineralne łamane	Węglanoporyt z wapieni lekkich kruszywo jednofrakcyjne	1 2	- -	5 5	0,5 1	20 30

Kruszywa sztuczne znajdują szerokie zastosowanie w produkcji betonów lekkich, nie poddawanych wysokim obciążeniom. Pozwalają na wykonanie betonu o wytrzymałości nie mniejszej niż odpowiednia marka zastosowanego kruszywa 2,5; 7,5; 15; 20. Niska masa własna takiego betonu pozwala na zastosowanie go tam, gdzie beton zwykły byłby kłopotliwy w konstrukcji - np. lekkie ściany osłonowe, nie zwiększające w znaczny sposób obciążenia szkieletu konstrukcji.

Warto wspomnieć o kruszywach specjalnych, produkowanych z okruchów bardzo twardych kamieni naturalnych (kwarcyt, krzemień) lub sztucznych (stopy mineralne, porcelana, sztuczny korund, karborund). Służą one do produkcji betonu o wysokiej wytrzymałości na ściskanie, odpornego na ścieranie i uderzenia. Ścieralność na tarczy takich betonów wynosi 0,07-0,15cm. Cechy te osiąga beton dzięki wysokim właściwościom wytrzymałościowym i fizycznym składników kruszywa, dobranych według krzywej uziarnienia, zapewniających zwartość stosu okruchowego, oraz dzięki reakcji chemicznej zachodzącej między produktami hydratacji i hydrolizy cementu i kruszywa. Kruszywa utwardzające stosuje się do betonowych powierzchni narażonych na ścieranie, uderzenia, a więc do podłóg, stopni schodowych, ramp, płyt chodnikowych, podpór mostowych, ścian skarbców bankowych, itp.

---