Badanie wybranych cech technicznych kruszyw mineralnych budowlanych.

Celem ćwiczeń laboratoryjnych jest zdobycie umiejętności wykonania badan wybranych cech technicznych kruszyw mineralnych budowlanych wg wymagań normy PN-EN 1097 „Badania mechanicznych i fizycznych właściwości kruszyw”.

Pojęcia podstawowe i definicje

Kruszywa - to ziarniste materiały budowlane wchodzące w skład zapraw i betonów, bitumicznych mieszanek do budowy dróg, warstw nawierzchni drogowych, warstw filtracyjnych itp. Kruszywa mogą być:

naturalne - o ziarnach mających zaokrąglone krawędzie i gładką powierzchnię, uzyskiwane w procesie mechanicznej przeróbki materiałów pochodzenia mineralnego (luźnych surowców skalnych) niepoddawanym żadnym inny zabiegom;

• łamane - wytworzone przez rozdrobnienie zwartych surowców skalnych lub żużla wielopiecowego i ze względu na sposób obróbki oraz stopień uszlachetnienia dzielone na:

• łamane zwykłe, które charakteryzują się ziarnami o kształcie nieforemnym,

• łamane gramlowane, w których większość ziaren ma kształt foremny i stępione krawędzie,

• lekkie - wytworzone z surowców mineralnych, których struktura uległa przetworzeniu w wyniku procesów przemysłowych obejmujących modyfikację termiczną lub inną.

Według norm PN-EN 12620:2004 oraz PN-EN 12620:2004/AC:2004 wprowadzono następujące oznaczenia:

• wymiar kruszywa - to ułamek d/D, którego licznik i mianownik są równe wymiarom oczek dwóch sit tak dobranych, by wszystkie ziarna kruszywa miały wielkość pośrednią tzn. przechodziły przez sito o oczkach wielkości D [mm] i pozostawały na sicie z oczkami d [mm], (np. ziarna kruszywa przechodzące przez sito o oczkach 8 mm i pozostające na sicie 2 mm mają wymiar 2/8), d - wymiar ziaren drobnych, D - wymiar ziaren grubych,

• współczynniki d/D oraz D/d.

• uziarnienie kruszywa określa zawartość ziaren poszczególnych frakcji wyrażona w procentach. Wielkości liczbowe zawartości poszczególnych frakcji uzyskuje się przez rozdzielenie kruszyw w jednym z normowych zestawów sit o oczkach kwadratowych zgodnie z PN-EN 13043:2004 i PN-EN 13043:2004/AC:2004 (Tabl.4)

Frakcja to wszystkie ziarna przesiewanego materiału,które mają wymiary pośrednie między wielkością oczek sit o dwóch kolejnych numerach. Na przykład ziarna kruszywa przechodzące przez sito 16 mm i pozostające na sicie 8 mm należą do frakcji 8 ÷ 16 mm, a pyły - do frakcji 0 ÷ 0,063 mm.

Grupa frakcji kruszywa stanowi zbiór ziaren obejmujących dwie lub więcej kolejnych frakcji.

Nadziarno jest zbiorem ziaren, których wielkość przekracza maksymalny wymiar dla danej frakcji lub grupy frakcji.

Podziarno jest zbiorem ziaren, których wielkość jest mniejsza od określonej frakcji lub grupy frakcji.

Znajomość składu ziarnowego kruszywa jest konieczna do określenia stosu ziarnowego kruszywa do mieszanki betonowej. Kruszywo o optymalnym składzie ziarnowym powinno zawierać możliwie największe ziarna przy minimalnej jamistości.

Uziarnienie kruszywa ma duży wpływ na zakres jego zastosowania w produkcji zapraw i betonów (Tab.4).

Tablica 4. Zastosowanie kruszyw w zależności od uziarnienia wg [ ]

Uziarnienie [mm]	Zastosowanie
Piaski 0 ÷ 2; 0 ÷ 4	produkcja betonów i prefabrykatów zaprawy budowlane budownictwo ogólne, drogowe i hydrotechniczne
Żwiry 2 ÷ 4; 2 ÷ 8; 8 ÷ 16; 16 ÷ 31,5; 2 ÷ 16; 4 ÷ 16; 16 ÷ 32; 31,5 ÷ 63 Mieszanka 0 ÷ 8; 0 ÷ 16; 0 ÷ 31,5; 0 ÷ 63	produkcja betonów i prefabrykatów budownictwo ogólne, drogowe i hydrotechniczne

Wymagania, które powinny spełniać kruszywa do zapraw wg PN-EN 13139:2003 i PN-EN 13139:2003/AC:2004 i do betonu wg PN-EN 12620:2004 i PN-EN 12620:2004/AC:2004 przedstawiono w załączniku №

Zasady oznaczenia wybranych cech technicznych kruszyw budowlanych.

Pobieranie próbek. Do badań pobiera się próbki: pierwotne, ogólne i laboratoryjne.

Próbki pierwotne PN-EN 932-1:1999 i PN-EN932-2:2001 pobiera się bezpośredni ze złoża lub składowiska. Liczba i masa próbek pierwotnych zależy od rodzaju i wielkości partii kruszywa, np. do badań piasku, przy wielkości partii kruszywa do 500 t, pobiera się co najmniej osiem próbek pierwotnych o masie do 20 kg każda. Próbki pierwotne po zmieszaniu tworzą próbkę ogólną. Wielkość tej próbki kruszywa zależy również od wielkości partii sprowadzonego kruszywa. Na przykład jeżeli wielkość dostawy wynosi 300 ÷ 500 t, to próbka ogólna kruszywa drobnego lub żwiru powinna zawierać co najmniej 160 kg, a jeżeli wielkość dostawy nie przekracza 100 t, to 200 kg.

Średnią próbkę laboratoryjną pobiera się z próbki ogólnej metodą kwartowania (rys. 6). Jej wielkość (do badań pełnych) powinna wynosić nie mniej niż 0,5 kg kruszywa drobnego lub 10 kg kruszywa grubego (PN-EN 932-2:2001).

Każdą próbkę poddawaną badaniom można nazwać także analityczną.

Rys.6. Urządzenie krzyżakowe do kwartowania próbki laboratoryjnej kruszywa.

Próbki pierwotne ze składowisk i zwałów pobiera się z miejsc rozmieszczonych na całej powierzchni składowiska z otworów wykopanych do głębokości 0,2 ÷ 0,4 m. Wierzchnią warstwę grubości 15 cm odsuwa się. Otwory powinny być rozmieszczone w szachownicę w odległościach nie większych niż 10 m. próbki pierwotne można pobierać za pomocą próbników.

Masy próbek analitycznych kruszyw zwykłych są podane w tabeli 5. Jeśli gęstość objętościowa ziaren kruszywa jest mniejsza niż 2,00 t/m³ lub większa niż 3,00 t/m³, należy przeprowadzić odpowiednią korektę masy masy próbki podanej w tabeli 6.

Tablica 5. Zależność między wielkością ziaren kruszywa zwykłego a minimalną masą próbki.

Maksymalny wymiar ziaren kruszywa D [mm]	Minimalna masa próbki Q [kg]
63 32 16 8 4	40 10 2,6 0,6 0,2

Tablica 6. Zależność między wielkością ziaren kruszywa a minimalną masą próbki do wykonania opisu petrograficznego.

Wymiar ziaren kruszywa D [mm]	Minimalna masa próbki Q [kg]
31,5 < D ≤ 63 16 < D ≤ 31,5 8 < D ≤ 16 4 < D ≤ 8 D ≤ 4	50 25 8 2 0,5

1.Oznaczenie gęstości nasypowej (wg PN-EN 1097-3).

Gęstość nasypowa - stosunek masy frakcji granulometrycznych badanego kruszywa w stanie luźnym zawierających się w standardowym cylindrze pomiarowym do objętości tego cylindra.

1.1 Przyrządy do wykonania badań:

1. metalowy cylinder pomiarowy o minimalnej objętości wg tablicy 7 ze stosunkiem średnicy wewnętrznej do wysokości wewnętrznej od 0,5 do 0,8,

Tablica 7. Objętość minimalna cylindra pomiarowego (wg PN-EN 1097-3).

Maksymalny wymiar ziarna frakcji granulometrycznej (ziarnowych) D[mm]	Minimalna objętość[ l]
4	1
16	5
31,5	10
63	20

2. waga z dokładnością ważenia 0,1% masy próbki analitycznej,

3. łopatka o podniesionych bokach,

4. zgarnek stalowy o długości o 50 mm większej od zewnętrznej średnicy pojemnika i wystarczająco sztywny, aby nie deformować się w czasie poziomowania,

5. termometr z dokładnością 0,5^oC,

6. suszarka.

1.2. Kalibrowanie pojemnika (cylindra) pomiarowego (wg załącznika B PN-EN 1097-3).

Przed przystąpieniem do oznaczenia należy sprawdzić pojemność naczynia pomiarowego wg PN-EN 1097-3.

Czysty i suchy cylinder pomiarowy należy zważyć z dokładnością do 50 g (m₁). Następnie cylinder należy ustawić na wadze, napełnić wodą do górnej krawędzi i zważyć z tą samą dokładnością co poprzednio (m₃). Z różnicy uzyskanych wyników ważenia należy obliczyć pojemność cylindra (V), m³ (zakładając, że gęstość wody jest równa jedności).

Uwaga: Sprawdzenie pojemności cylindra należy przeprowadzać w przypadku nowego cylindra oraz gdy nastąpiła zmiana objętości przez uszkodzenie lub nawarstwienie.

1.3.Przygotowanie próbek analitycznych.

Do badania należy przygotować 3 próbki według PN-EN 932-2. kruszywo wysuszyć w temperaturze 110 ± 5^oC do stałej masy. Masa każdej próbki do badania powinna stanowić 120% do 150% masy potrzebnej do napełnienia pojemnika.

1.4. Oznaczenie gęstości nasypowej w stanie luźnym.

1.4.1. Przebieg badania.

1. Pusty i suchy cylinder należy zważyć (m₁), a następnie napełnić kruszywem.

Uwaga: Cylinder powinien być ustawiony na powierzchni poziomej. Podczas napełniania pojemnika zminimalizować segregację ziaren poprzez oparcie czerpaka na górnej krawędzi. W żadnym przypadku krawędź czerpaka nie powinna znaleźć się wyżej niż 50 mm od brzegu pojemnika. Cylinder należy napełnić kruszywem ponad poziom jego krawędzi, a nadmiar kruszywa ostrożnie osunąć liniałem.

2. Całość waży się z dokładnością do 0,1% (m₂)

1.4.2. Opracowanie wyników pomiarów.

Gęstość nasypową badanego kruszywa w stanie luźnym (ρ_b) należy obliczyć ze wzoru:

ρ_b =
[kg/m³]

gdzie m₁ - masa pustego pojemnika pomiarowego' [kg]

m₂ - masa pojemnika i próbki do badania, [kg]

V - objętość cylindra pomiarowego, [l]

Za wynik końcowy oznaczenia należy przyjąć średnią arytmetyczną wyników trzech równolegle przeprowadzonych oznaczeń z zaokrągleniem:

• do drugiego miejsca po przecinku dla kruszyw zwykłych;

• do trzeciego miejsca po przecinku dla kruszyw lekkich:

Różnica pomiędzy skrajnymi wynikami nie powinna być większa od 3 kg/m³. W razie wystąpienia większej różnicy, należy dodatkowo podać wynik każdego oznaczenia

Uwaga: łącznie z uzyskanymi wynikami gęstości nasypowej należy podać przynajmniej orientacyjną wilgotność badanego kruszywa (stan suchy, powietrzno - suchy) lub dokładną wartość wilgotności.

Rys.7 Cylinder do oznaczenia objętości kruszywa.

2. Oznaczenie gęstości nasypowej kruszywa w stanie zagęszczonym.

Gęstość nasypową w stanie zagęszczonym określa się za pomocą stolika wibracyjnego Ve-Be, na którym ustawia się i umocowuje cylinder pomiarowy.

Przebieg badania.

• Próbkę kruszywa wsypuje się do do cylindra trzema porcjami. Pierwsze dwie porcje zagęszcza się, wibrując je w ciągu 1 minuty.

• Po wsypaniu trzeciej porcji z nadmiarem kruszywo zagęszcza się przez wibrowania w ciągu 3 minut i wyrównuje poziom do górnej krawędzi cylindra.

• Cylinder z zawartością waży się następnie z dokładnością do 1% i notuje wynik m.

• Gęstość nasypową kruszywa w stanie zagęszczonym ρ_nz oblicza się tak jak gęstość nasypową kruszywa w stanie luźnym. (patrz p.1)

---