1. KRUSZYWA BUDOWLANE

1. Ogólna charakterystyka kruszyw mineralnych

Kruszywo mineralne są to materiały ziarniste pochodzenia mineralnego - zbiór ziaren o wymiarach 0,063÷63 mm (bok oczka kwadratowego w sicie) zawierających różne minerały wchodzące w skład skał zwartych (litych) lub luźnych okruchowych. Te ostatnie występują w złożu w postaci zmieszanego piasku (o ziarnach 0,063÷2 mm) i żwiru (2÷63 mm), o przypadkowym procentowym udziale, nazywanych mieszanką kruszywa naturalnego (piaskowo-żwirowego lub żwirowo-piaskowego) lub pospółką.

2. Podstawowe terminy dotyczące kruszyw mineralnych

Według norm PN-EN 13139:2003, PN-EN 12620:2004, PN-EN 13055-1:2003:

Kruszywo - ziarnisty materiał stosowany w budownictwie. Kruszywo może być naturalne, sztuczne lub z recyklingu.

Kruszywo naturalne - kruszywo pochodzenia mineralnego, które poza obróbką mechaniczną nie zostało poddane żadnej innej obróbce.

Kruszywo sztuczne - kruszywo pochodzenia mineralnego, uzyskane w wyniku procesu przemysłowego, obejmującego termiczną lub inną modyfikację.

Kruszywo z recyklingu - kruszywo powstałe w wyniku przeróbki nieorganicznego materiału zastosowanego uprzednio w budownictwie.

Kruszywo o ciągłym uziarnieniu - kruszywo będące mieszanką kruszyw grubych i drobnych. Może być ono wytwarzane bez rozdzielania na grube i drobne frakcje lub przez połączenie kruszywa grube­go i drobnego.

Wymiar kruszywa - opisanie kruszywa poprzez określenie dolnego (d) i górnego (D) wymiaru sita. Niniejsze oznaczenie dopuszcza obecność pewnej ilości ziarn, które pozostają na górnym sicie (nadziarno) i pewnej ilości ziarn, które przejdą przez dolne sito (podziarno).

Kruszywo grube - określenie kruszywa grubszego o wymiarach ziarn D równym 4 mm lub większym i d równym 2 mm lub większym.

Kruszywo drobne - określenie kruszywa drobniejszego o wymiarach ziarn D równym 4 mm lub mniejszym. Kruszywo drobne może powstać w wyniku naturalnego rozdrobnienia skały lub żwiru i/lub kruszenia skały lub żwiru lub przetworzenia kruszywa sztucznego.

Pyły - frakcja kruszywa o wymiarze ziarn przechodzących przez sito 0,063 mm.

Kruszywo wypełniające - kruszywo, którego większość przechodzi przez sito 0,063 mm i które może być dodawane do materiałów budowlanych w celu uzyskania przez nie pewnych właściwości.

Frakcja o wymiarze ziarn - frakcja kruszywa przechodzącego przez większe z dwóch sit i zatrzymującego się na mniejszym. Dolne ograniczenie może wynosić zero.

Kruszywo naturalne 0/8 mm - określenie kruszywa naturalnego pochodzenia lodowcowego i/lub rzecznego, mającego D równe 8 mm lub mniejsze. Kruszywo takie może być wytworzone również przez mieszanie kruszywa przetworzonego.

Nadziarno - część kruszywa pozostająca na większym z granicznych sit, używanych w opisie wymiaru kruszywa.

Podziarno - część kruszywa przechodząca przez mniejsze z granicznych sit, używanych w opisie wymiaru kruszywa.

Kategoria - poziom właściwości kruszywa wyrażony jako przedział wartości lub wartość graniczna.

Uziarnienie - rozkład wymiarów ziarn przechodzących przez określony zestaw sit, w procentach wyrażonych ułamkiem masowym.

1.3. Klasyfikacja kruszyw

Klasyfikacja kruszywa ze względu na pochodzenie:

1. Kruszywa naturalne - kruszywa naturalne niekruszone i naturalne kruszone;

2. Kruszywa łamane ze skał - kruszywa zwykłe i granulowane;

3. Kruszywa sztuczne.

Klasyfikacja kruszywa ze względu na gęstości objętościowej:

1. Lekkie γ_o < 2000 kg/m³;

2. Zwykłe 3000 kg/m³ > γ_o> 2000 kg/m³;

3. Ciężkie γ_o > 3000 kg/m³.

Klasyfikacja kruszywa w zależności od uziarnienia:

1. Kruszywa drobne - piasek o ziarnach do 2 mm i żwir o ziarnach od 2÷4 mm;

2. Kruszywa grube - o ziarnach od 4÷63 mm;

Kruszywa bardzo grube - o ziarnach od 63÷250 mm.

Klasyfikacja kruszywa w zależności od zastosowania:

1. Kruszywa do zapraw budowlanych - w normie normie europejskiej PN-EN 13239:2003 określono właściwości kruszyw i kruszyw wypełniających uzyskiwanych w wyniku procesu naturalnego, przemysłowego lub z recyklingu oraz mieszanek tych materiałów stosowanych jako kruszywo w zaprawie, np.:

• zaprawie budowlanej,

• zaprawie do posadzek/podkładów posadzkowych,

• zaprawie do powierzchni ścian wewnętrznych (zaprawa tynkarska),

• obrzutce do ścian zewnętrznych,

• materiałach do specjalnych podłoży,

• zaprawie do napraw,

• zaczynach,

w budynkach, drogach i obiektach budowlanych.

1. Kruszywa do betonu - w normie europejskiej PN-EN 12620:2004 określono właściwości kruszyw i kruszyw wypełniających uzyskiwanych w wy­niku procesu naturalnego, przemysłowego lub z recyklingu oraz mieszanek tych materiałów stosowanych do betonu. Uwzględniono kruszywa o gęstości w stanie suchym większej niż 2,00 Mg/m³ (2000 kg/m³) przezna­czone do wszystkich betonów, w tym do betonu wg EN,206-1, betonu stosowanego na drogach i do innych nawierzchni oraz betonu używanego w betonowych elementach prefabrykowanych.

2. Kruszywa lekkie do zapraw i rzadkich zapraw budowlanych oraz do betonów - w normie europejskiej PN-EN 13055-1:2003 określono właściwości kruszyw lekkich kruszyw wypełniających, uzyskiwanych w wyniku procesu naturalnego, przemysłowego lub z recyklingu materiałów oraz mieszanek tych kruszyw stosowane do betonu, zaprawy i rzadkiej zaprawy używanych do wykonywania budynków, dróg i obiektów budowlanych. W normie uwzględniono kruszywa lekkie pochodzenia mineralnego o gęstości ziarn nie większej niż 2 000 kg/m³ (2,00 Mg/m³) lub gęstości nasypowej w stanie lużnym niż 1 200 kg/m³ (1,2 Mg/m³), w tym:

• kruszywa naturalne;

• kruszywa wyprodukowane z materiałów naturalnych i/lub przemysłowych odpadów produkcyjnych;

• przemysłowe odpady produkcyjne

• kruszywa z recyklingu

1.4. Kruszywa naturalne

1.4.1. Piaski

Piaski są produktem wietrzenia skała; stanowią one ziarna minerałów o wymiarach do 2 mm. W Polsce głównym składnikiem piasków jest kwarc, którego zawartość wynosi na ogół powyżej 70%, a w wielu odmianach przekracza 90% [3]. Piaski pochodzą głównie z granitu, który pod wpływem wody i dwutlenku węgla ulega rozkładowi. W zależności od pochodzenia rozróżnia się:

1. Piaski rzeczne - ziarna zaokrąglone, dość gładkie. W górnych odcinkach biegu rzek piaski są gruboziarniste, w miarę przemieszczania się w dół rzeki ulegają segregacji i częściowo ścieraniu i stają się coraz drobniejsze;

2. Piaski z jezior - przeważnie ziarna zaokrąglone. Często zawierają domieszki pylaste, organiczne i szczątki muszli;

3. Piaski morskie - zwykle bardzo drobnoziarniste o ziarnach kulistych;

4. Piaski kopalniane - ziarna o ostrych krawędziach i szorstki powierzchni. Są bardziej nasiąkliwe od piasków rzecznych. Zawierają mniej kwarcu niż piaski rzeczne;

5. Piaski wydmowe - bardzo drobnoziarniste i zawierają dużo pyłów;

6. Piaski górskie - gruboziarniste o ostrych krawędziach, zawierają duże ilości żwiru i otoczaków;

7. Piasek do badania wytrzymałości cementu - jest to piasek kwarcowy wydobywany ze złóż piaskowych (Biała Góra) pod Tomaszowem Mazowieckim. Zawiera on ponad 98% czystego kwarcu SiO₂.

1.4.2. Żwiry

Żwiry są to okruchy skalne o średnicy ziaren większej od 2 mm (5÷80 mm) i zwykle zaokrąglonym kształcie [2]. Rozróżnia się następujące rodzaje żwiry:

1. Żwiry kopalne - tworzą pospółki składającej się z mieszaniny pisku z większymi kamieniami. Zawartość żwiru wynosi od 20÷50%. Często zawierają zanieczyszczenia organiczne, glinę i znaczne ilości pyłów. Żwiry kopalne po oddzieleniu piasku i grubych kamieni i po przemyciu wodą stanowią dobre kruszywo do betonów zwykłych i są głównym źródłem zaopatrzenia budownictwa;

2. Żwiry rzeczne - stanowią znacznie lepszy materiał od kopalnych, gdyż nie zawierają na ogół zanieczyszczeń, a domieszka pisku jest nieznaczna. W Polsce rzeki zawierają niewiele żwiru a wydobycie jest utrudnione lub zakazane ze względu na ochronę przyrody.

1.4.3. Kruszywo łamane ze skał

1.4.1. Kruszywa łamane

Kruszywo łamane - otrzymuje się przez mechaniczne rozdrobnienie naturalnych materiałów kamiennych, jak skały lub kamienie narzutowe, lub też większych brył kruszyw sztucznych, jak żużel lub klinkier. Rozróżnia się następujące rodzaje kruszyw łamanych ze skał:

1. Kruszywo łamane jednokrotnie - zwane również zwykłym kruszywem. Zawiera dość dużą ilość pyłów oraz ziarn słabych, iglastych i płaskich. Stosowane głównie do nawierzchni drogowych i kolejowych oraz do betonów niższych klas;

2. Kruszywo łamane, co najmniej dwukrotnie - zwane również kruszywem granulowanym. Jest materiałem o wyższej jakości, gdyż jego ziarna mają kształt granisty, a ilość ziarn płaskich, iglastych i zwietrzałych jest nieznaczna. Pyły i ziarna o nieregulowanym kształcie są oddzielone dzięki zastosowaniu urządzeń zwanych granulatorami. Kruszywa łamane granulowane są wyrabiane ze skał o dużej wytrzymałości (granity, bazalty) i są stosowane do betonów wyższych klas, a zwłaszcza do prefabrykatów i betonów sprężonych, oraz do betonów narażonych na ścieranie lub uderzenie (nawierzchnie drogowe).

1.4.2. Kruszywa łamane do betonów i tynków

Kruszywa łamane ze skał obejmują:

1. Piasek łamany - ziarna do 2 mm;

2. Grys - ziarna od 2÷32 mm;

3. Granulowane łamane - jest to mieszanka kruszywa łamanego tj. piasku łamanego i grysu.

Kruszywa łamane zwykły:

1. Miał - do 4 mm;

2. Kliniec - od 4÷20 mm;

3. Tłuczeń - od 20÷64 mm.

Kruszywa specjalne do betonów osłonowych

Kruszywa specjalne do betonów osłonowych - otrzymywane są ze skał bardzo ciężkich, o gęstości objętościowej powyżej 2,6 g/cm³. Kruszywa te wyrabiane ze skał magmowych, osadowych i metamorficznych [1]. Do betonów osłonowych stosuje się jednak przede wszystkim rudy metali jak: Limonit (2Fe₂O₃.3H₂O), Getyt (Fe₂O₃.H₂O), Hematyt (Fe₂O₃), Magnetyt (FeO Fe₂O₃). Do produkcji tych betonów również stosowane są siarczany jak: Baryt (BaSO₄), gips surowy (CaSO₄.2H₂O)

1.5. Kruszywa sztuczne

Kruszywo sztuczne (PN-EN 13139:2009) - kruszywo pochodzenia mineralnego, uzyskane w wyniku procesu przemysłowego, obejmującego termiczną lub inną modyfikację. Kruszywa sztuczne dzielimy na grupy według następujących kryteriów:

Ze względu na rodzaj surowca skalnego i sposób uzyskania:

1. Kruszywa z surowców mineralnych poddanych obróbce termicznej: keramzyt, glinoporyt.
   Keramzyt jest to sztuczne kruszywo lekkie, otrzymywane przez wypalanie surowców ilastych, pęczniejących w wysokiej temperaturze (ok. 1200°C). Struktura keramzytu jest porowata a ziarna są kuliste bądź owalne.

Glinoporyt otrzymuje się z gliny niepęczniejącej, z datkiem środków spęczniających. Jest to lekkie kruszywo sztuczne gorszej jakości od keramzytu.

1. Kruszywa z odpadów przemysłowych poddanych obróbce termicznej: łupkoporyt, popiołoporyt, pumeks hutniczy, żużel granulowany.

Łupkoporyt - należy do najlepszych sztucznych kruszyw lekkich. Otrzymuje się przez spiekanie łupków przywęgłowych i przekruszenie spieku. Zawiera mało ilości zanieczyszczeń i szkodliwych składników (siarki).

Popiołoporyt otrzymuje się w wyniku spiekania zgranulowanych popiołów lotnych w temperaturze 1000-1300°C. Otrzymany granulat jest rozkruszany i dzielony na frakcje.

Żużel granulowany składa się głównie z krzemianów i węglokrzemianów z domieszkami związków magnezu, żelaza, manganu i siarki. W wyniku szybkiego studzenia ze stanu płynnego otrzymuje granulki. Struktura jest porowata, bezpostaciowa, szklista, z małą zawartością części krystalicznych.

3. Kruszywa z odpadów przemysłowych nie poddanych dodatkowej obróbce termicznej: elporyt, łupkoporyt ze zwałów, żużel wielkopiecowy, inne rodzaje żużla hutniczego, żużel paleniskowy, popiół lotny.

Elporyt otrzymuje się z odpadowego żużla wtórnego. Zawiera znaczne ilości zanieczyszczeń co ogranicza jego zastosowania. Najczęściej stosowane jest do uzupełnienia niedoboru drobnych frakcji innych kruszyw.

Łupkoporyt ze zwałów otrzymuje się przez rozdrobnienie łupków przywęglowych samoczynnie przepalonych na zwałach.

Żużel wielkopiecowy skład się z krzemianów i glinianów wapnia, z domieszkami siarki. Powstaje podczas wytopu surówki w/w związków, stosowane jest do betonów i w budownictwie drogowym.

Żużel paleniskowy jest produktem odpadowym podczas spalania węgla kamiennego w paleniskach rusztowych. Zawiera oprócz siarki wiele innych szkodliwych związków, co ogranicza jego stosowania w budownictwie.

Popiół lotny powstaje przez spalanie zmielonego węgla kamiennego w paleniskach elektrowni, a następnie wychwycenie produktów spalania z gazów spalinowych przy pomocy elektrofiltrów.

4. Kruszywa organiczne: powstałe ze spęczniałych żywic syntetycznych, kruszywa pochodzenia roślinnego np. kruszywo drewniane.

Ze względu na uziarnienie:

• Kruszywo drobne - o średnicy ziaren do 4 mm,

• Kruszywo grube - o średnicy ziaren 4-63 mm

Ze względu na gęstość pozorną:

• Kruszywo zwykłe - o gęstości 1800-3000 kg/m³,

• Kruszywo lekkie - o gęstości mniejszej od 1800 kg/m³.

1.9. Kruszywo z recyklingu

1.9.1. Ogólna charakterystyka kruszywa z recyklingu

Kruszywo z recyklingu (PN-EN 13139:2003) jest to kruszywo powstałe w wyniku przeróbki nieorganicznego materiału zastosowanego uprzednio w budownictwie. Różne metody rozdrabniania odpadów budowlanych (wyburzeniowych i rozbiórkowych) zapewniają uzyskanie odpowiedniego uziarnienia kruszywa recyklingowego i wpływają na jego właściwości związane z stabilnością i trwałością. Kruszywo recyklingowe jest materiałem heterogenicznym o wysokim stopniu rozrzutu właściwości, więc musi spełniać dodatkowe wymagania w celu zapewnienia wystarczającego bezpieczeństwa konstrukcji. Dotyczy to dopuszczalnej ilości zanieczyszczeń, gęstości w stanie suchym i absorpcji wody. Stara zaprawa i zaczyn oraz obecność lekkich zanieczyszczeń powodują, że gęstość kruszywa recyklingowego zawiera się w granicach 2500-2610 kg/m³ i jest mniejsza od gęstości kruszyw tradycyjnych. Wartości te nie są zależne od jakości betonu pierwotnego, natomiast są różne dla różnych frakcji kruszywa. Kruszywa wtórne mają gorsze parametry dotyczące odporności na siarczany i mrozoodporności w porównaniu z kruszywami naturalnymi. Negatywny wpływ na cechy reologiczne nowego betonu mają stary zaczyn i zaprawa, będące głównymi składnikami przede wszystkim drobnych frakcji kruszywa z recyklingu. Skurcz i pełzanie w betonach ze stuprocentowym udziałem kruszywa z recyklingu są 40÷80% wyższe niż w betonach na kruszywach tradycyjnych. Zabieg wymiany drobnych frakcji ma również pozytywny wpływ na poprawę wytrzymałości betonu i zmniejszenie stosunkowo dużej nasiąkliwości (5÷10%) oraz ograniczenie wpływu użytych w starym betonie domieszek, szczególnie chlorku wapnia CaCl₂. Kruszywo z recyklingu betonu ma strukturę kanciastą, szorstką, ziarna sczepiają się ze sobą i klinują dając wystarczająco stabilną, wytrzymałą i twardą np. podbudowę drogową. Główne wady kruszywa recyklingowego są:

1. Wysoka zmienność spowodowana zmiennością odpadów budowlanych i rozbiórkowych.

2. Duża zawartość i zakres zanieczyszczeń a niektóre z nich są szkodliwe dla ludzi i dla betonu.

Betony na kruszywach recyklingowych w porównaniu z betonami na kruszywach naturalnych wykazują:

1. Niższe wytrzymałości na ściskanie (10÷30%) i na rozciąganie (10%);

2. Niższe współczynniki sprężystości (10÷40%);

3. Większy skurcz (55%);

4. Nieznacznie krótszy czas wiązania betonu;

5. Szybszą utratę urabialności;

6. Większą porowatość.

Odrzucenie najdrobniejszych frakcji kruszywa wtórnego i zastąpienie jej piaskiem dobrej jakości umożliwia uzyskanie betonu o niewiele gorszej wytrzymałości i jakości od betonu na kruszywie nowym, jest to szczególnie wskazane, gdy kruszywo drobne pochodzi z przekruszenia betonów niższych klas.

1.9.2. Zastosowanie kruszywa z recyklingu w drogownictwie i do innych robót ziemnych

Kruszywa z recyklingu betonu mają następujące zalety:

1. Wystarczającą wytrzymałość na obciążenia dynamiczne;

2. Odporność na ścieranie;

3. Doskonałe właściwości przeciwpoślizgowe;

4. Właściwości cementujące;

5. Wysoką mrozoodporność;

6. Niewysadzinowość;

7. Odporność na koleinowanie;

8. Odporność na erozję i wymywanie pobocza.

Właściwości te zapewniają szerokie zastosowanie kruszyw z recyklingu betonu w drogownictwie jako materiał na podbudowy zasadnicze i pomocnicze dróg wszelkich kategorii, składnik mieszanek mineralno-asfaltowych, składnik mastyksu drogowego, materiał na nasypy drogowe i mostowe, jako podbudowa pod koskę brukową przy budowie parkingów, placów i chodników oraz materiał na nieutwardzone pobocze dróg. Kruszywo z recyklingu betonu jest sprawdzonym materiałem wysokiej jakości do budowy dróg lokalnych i leśnych chodników, parkingów, autostrad, pasów startowych lotnisk, nasypów. Używane jest również na zasypki napowietrzające, wypełniające, drenażowe elementów obiektów budowlanych. Może też być zastosowane do stabilizacji, wzmocnienia i wymiany słabych gruntów, np. organicznych oraz przy budowie wałów przeciwpowodziowych, ogrodów i do kształtowania terenów w ramach tworzenia architektury krajobrazu.

Literatura

1. Lichołai L., Szalacha A.: Materiały budowlane i ich badania laboratoryjne. Rzeszów 2000.

2. Praca zbiorowa pod kierownictwem Z. Dziarnowskiego (Żenczykowski W.): Budownictwo ogólne, tom 1 - Materiały i wyroby budowlane. Arkady, Warszawa 1992.

Normy

1. PN-EN 12620:2004 Kruszywa do betonu

2. PN-EN 13055-1:2003 Kruszywa lekkie. Część 1: Kruszywa lekkie do betonu, zaprawy i rzadkiej zaprawy

3. PN-EN 13139:2003 Kruszywa do zaprawy

9

---