Upload
others
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Framtida betong- kvalitetskrav för användandet av finmaterial från kross vid optimal
betongtillverkning
Björn Lagerblad CBI Betonginstitutet
Medverkande; H-E Gran, Mikael Westerholm, Leif Fjällberg, Annika Gram+ lab. Examensarbeten; Schwan Yousif, Andreas Horta, Susann Dietsch, m.fl.
Varför är finmaterialet viktigt
• Vi har tillverkat betong med sten från kross i många år och vet hur man skall hantera det.
• I princip skall det vara så kubiskt som möjligt
• Nu måste vi lära oss att även använda finballast från kross. Variationen i finballast är mycket stor och hur materialet ser ut och fungerar i betong beror på textur, mineralogi, omvandlingar etc.
• Testmetoder behövs för att bedöma finmaterialet.
Betong med samma sten men med olika 0-2 mm ballast För att uppnå samma sättmått måste man öka mängden cement (och vatten) Samma betong olika grus 0-2
0
50
100
150
200
250
250 275 300 325 350 375 400
Pastavolym [l/m3]
Sättm
ått [
mm
]
Underås
Enhörna
Kolmetorp
Vambåsa
Stöningsberget
Kleva
Naturballast Krossballast
Kornformen för grovballast beror på bergartens textur. För finballasten består beror det på bergartens mineralogi
0,5-1,0 mm
0,125-0,25 mm
• En färsk betong är en partikelslurry där de olika fragmenten rör sig mot varandra. En flakig och kantig partikel behöver mera av finare material och vatten för att kunna röra sig än en rund. Detta gäller i alla fraktioner ner till det finaste materialet. Krossballast har flakigare och kantigare fragment i alla fraktioner vilket i slutändan medför att man måste öka mängden pasta (cement, filler och vatten) för att få samma rörlighet.
Virtuell packning.Vid vanlig proportionering skall ballasten vara väl packad men
varje partikel behöver en fluid fas bestående av cementbruk
och mindre partiklar att röra sig i
En flakig partikel behöver mera utrymme att rör sig i. Därför krävs mera
pasta/finmaterial. Proportioneringsystemet måste därför kunna ta hänsyn
partikelformen i varje fraktion.
Fluid fas att röra sig i
Partikel
Kornformens inverkan på pasta- eller vattenbehov
För att ett flisigt eller flakigt korn skall kunna rotera, röra sig, krävs en mycket större volym omgivande ”pasta” eller vätska.
V=33,5 cl V=33,5 cl V=33,5 cl
Antag 4 ggr 12 cl
Antag 1 ggr 35 cl
Antag 40 ggr 335 cl
Vad skall vi ha för indata?
Krossgrus 0-2 mm Betongförsök
Packningsgrad
Tunnslip kornform
Sandekvivalent
Lasersiktkurva
Klassificering bergart
Röntgendiff.
Petrografi
Bruksreologi BET-yta
Vanlig siktkurva
Bruksreologi på 0-2 mm grus
Bruket är kalkylerat på en 0-16 betong med 350 kg cement och ett vct på 0,57 Bruket innehåller 30 vikt % cement, 17 % vatten och 53 % ballast.
Som vi fick det Omsiktat med en kurva liknande naturballast
Det är en mycket stor variation på kvalité även efter omsiktning. Vad beror det på?
Karakterisering och kvalitetsbedömning av krossprodukter Arbetet har koncentrerats på 0-2 mm då denna fraktion ger flest
besvär och är svårast att undersöka
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.01 0.1 1 10
Sikt [mm]
Pa
ssera
r [
%]
GK A GK BN1 N2K1 K2K3 K4K5 K6K7 K8K9 K10K11 K12K13 K14K15 K17K19
Normalt ger krossning mera finmaterial än vad man finner i naturgrus
För mycket finmaterial/filler kan åtgärdas genom vanlig siktning, vindsiktning eller tvättning
0
100
200
300
400
500
600
0 2 4 6 8 10 12
Plastic viscosity [Pa s]
Yie
ld s
tres
s [P
a]
Grading as delivered
Similar grading
Effekt av superplasticerare 0-2 mm bruk 2 och 4 ml
Med hjälp av SP kan man sänka framför allt flytgränsspänningen men det kan ge problem med separation och sammanhållning
Effekt av mera cement vid konstant vct i finbruket (allt material under 0,25 mm)
Plastisk viskositet (Pa s)
Fly
tgrä
nss
pän
nin
g (
Pa)
Styvare
Blöt/blaskig
Viskösare
Stor spridning i reologi pga varierande: • korngradering • finmaterialkvalitet • kornform • glimmerinnehåll
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
Plastisk viskositet [Pa s]
Fly
tgrä
nss
pän
nin
g [
Pa
]
Sätertorp (N) Underås (N)
Kleva Hardeberga
Kolmetorp Vambåsa
Olunda Luleå
Kungälv Enhörna
Bro Kållered
Hargshamn Brännland
Stöningsberget Skyttorp
Sandby Gladö
Vändle Arlanda
Cement
31.3 %
0-0,25 mm
13.3 %
Vatten
55.4 %
Cement
26.7%
0-0,25 mm
26.1%
Vatten
47.2%
N1
C1S
C2S
C3S
C4S
C8S
0
50
100
150
200
250
300
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
Plastic viscosity [Pa s]
Yie
ld s
tres
s [P
a]
Particle shape effect
Inverkan av ballastens (0/2 mm) kornform
Ballastmaterialens kornform inverkar huvudsakligen på den plastiska viskositeten.
Ballast med stor andel fri glimmer ger svårbe-arbetad betong med hög viskositet.
Plastisk viskositet (Pa s)
Fly
tgrä
nss
pän
nin
g (
Pa)
Kornformseffekt
Sikt i mm 11-
16mm
5,6-
8mm
4-
5,6 mm
1-
2 mm
0,5-
1mm
0,25-
0,5mm
0,125-
0,25mm
0,075-
0,125mm
N1 F-asp
Fri biotit i %
0,58
0 %
0,58
0 %
0,57
0 %
0,53
0 %
0,59
0,3 %
0,58
0,6 %
0,59
2,3 %
0,58
3,0 %
K2 F-asp
Fri biotit i %
0,55
0 %
0,53
0 %
0,53
0 %
0,50
0 %
0,49
0 %
0,47
6,6 %
0,44
11,0 %
0,43
12,6 %
K3 F-asp
Fri biotit i %
0,54
0 %
0,52
0 %
0,52
0 %
0,48
0 %
0,46
0,3 %
0,50
0,3 %
0,48
0,6 %
0,47
0,6 %
K4 F-asp
Fri biotit i %
0,54
0 %
0,53
0 %
0,53
0 %
0,49
0 %
0,55
3,3 %
0,49
10,0 %
0,44
20,3 %
0,41
22,3 %
Fri glimmer i vol.%
Bildanalys och mängd fri glimmer i hela materialet hos fyra prover. F-aspekt är kvoten mellan kortaste och längsta avståndet i en partikel. Låga värden=flakiga
14
0
50
100
150
200
250
300
0 1 2 3 4 5 6
Plastisk viskositet [Pa s]
Fly
tgrän
ssp
än
nin
g [
Pa]
N3
Konkross (K55)
VSI-kross (K55)
0
0,25
0,5
0,75
1
0,125-0,25 0,25-0,5 0,5-1
Fraktion
F-a
spek
t
Naturballast (N3)
Konkross (K55)
VSI-kross (K55)
Plastic viscosity (Pa s)
Inverkan av VSI-krossad ballast
VSI-krossning:
• Förbättrad reologi.
• Dålig medelbra
Plastisk viskositet (Pa s)
Fly
tgrä
nss
pän
nin
g (
Pa
)
Indirekta metoder för bestämning av kvalité
• Packning SS-EN 933-10
• Flödestal SS-EN 933-6
• Metylenblått SS-EN 933-9
• Sandekvivalenttest (SS-EN 933-8)
• Specifik yta-BET-yta
• Filler -vattenbehov och utflytstest
Packning-visar råhet och kornform
Loose packing to determine Flakiness
40
42
44
46
48
50
52
54
56
58
60
0 5 10 15 20 25
flakiness index [%]
vo
ids [
%]
1.0-1.25
1.6-2.0
Serie3y = 0,3992x + 46,995
R2 = 0,6343
Flakighetsindex med spaltsikt (till ca 1 mm) Flödeshastighet i tratt
Packning speciellt lös packning indikerar kornform
Flödestal. Multifunktionel test som kan vara bra för kvalitetskontroll
0
5
10
15
20
25
30
35
40
N3 K65 K66 K67
Flö
desta
l (s)
Konkrossad
Kubiserad
0,4
0,5
0,6
0,7
20 25 30 35 40 45 50F
min
/Fm
ax
(-)
Flödestal (s)
N3
K20
K23
K40-2
K41-1
K48
K55
10
12
14
16
18
20
22
24
26
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Flö
des
tal (
s)
Andel 2/4 mm (%)
N3
K2
K62
K55
K55 Kubiserad
Sandekvivalent- En sedimentationstest
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
N1
N2
K2
4
K2
5
K2
6
K2
7
K2
8
K2
9
K3
0
K3
1
K3
2
K3
3
K3
4
K3
5
K3
8
K3
9
K4
0-2
K4
1-2
K4
4
K4
5
K4
6
K4
7
K5
1
K5
3
K5
4
K5
9
K5
6
K4
0-1
K5
8
K6
0-1
K5
7
K5
5-1
K4
1-1
K4
0-3
K6
0
K5
5
SE
-v
ärd
e (
%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
N1
N3
K2
4
K2
5
K2
6
K2
7
K2
8
K2
9
K3
0
K3
1
K3
2
K3
3
K3
4
K3
5
K3
8
K3
9
K4
0-2
K4
1-2
K4
5
K4
7
K5
3
K5
4
K5
9
K5
6
K4
0-1
K5
8
K6
0-1
K5
7
K4
1-1
K4
0-3
K6
0
K5
5
SE
-v
ärd
e (
%)
Ursprunglig gradering Omsiktat till standard gradering
Sandekvivalenten ger huvudsakligen mängden filler och speciellt ultrafin filler Det ger även en indikation på leror.
Sandekvivalent
R2
exkl. tvättade = 0.83
R2
samtliga = 0.77
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5 6
Andel partiklar< 10 µm [%]
SE
- värd
e [
%]
Samtliga
Exkl. tvättade
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10 20 30 40
% glimmer i 0,075-0,125
SE
-vä
rd
e [
%]
SE-testen ger inte andelen glimmer utan endast finheten i finmaterialet Tidigare var stora mängder fint besvärligt men det löser man idag med superplasticerare.
Specifik yta
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
N1
N2
N3
N4
N5
N6
N7
K34
K35
K60
-1
K45
K41
-1
K56
K31
K29
K58
K30
K55
K51
K27
K57
K33
K59
K39
K40
-3
K24
K47
K28
K38
K48
K52
K32
K25
K26
K46
K44
Sp
ecif
ik y
ta (m
2 /kg)
Specifik yta för finfraktionen (0/0,25 mm) hos de oförädlade ballastmaterialen
Hög specifik yta ger problem med arbetbarhet. Naturgrus har en stor yta men mängden 0/0,25 är liten. Tvättning eliminerar oftast problemet.
Vattenbehov och utflytstest Filler (0/0,125 mm)
• Puntke testen mäter maximala vattenupptaget innan massan
rör sig.
• I utflytstesten mäter man hur utflytet ökar med vattentillsats.
Utflyt
Vatten/ pulver
Cement ersätts med filler med konstant vct (minskad vattenmängd) Filler ersätter cement med konstant vattenmängd (höjd vct)
0
10
20
30
40
50
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Co
mp
ressiv
e s
tren
gth
[M
Pa]
Cement replacement [kg/m3]
Compressive strength for filler replacing cement
w/c constant
water content constant
Resultatet visar att man med kan ersätta cement med filler och SP. Med konstant vattenmängd får man ett högre vct men styrkan bibehålls till en viss mängd. Med vct konstant så ökar styrkan med minskad cementmängd men betongen blir seg.
Resultaten visar att man kan optimera för minimal cementhalt med hjälp av filler. Det
fordrar dock filler av bra kvalitét
57,754,11
45,8 43,57
0
10
20
30
40
50
60
70
0 5 10 15
Co
mp
ress
ive s
tren
gth
(M
Pa
)
Cement replacement (%)
0/2 mm N3+2/16 K56 w/c constant
0/2 mm N3+2/16 mm K56 constant water content
Förbättring finballast
• En krossprodukt skall ha rätt kornkurva och en rund/kubisk kronform.
• VSI krossning förbättrat kornformen ner till mineralgränsen. Med en medelkorning granit förbättrar VSI ner till ca 0,5 mm
• Med hjälp av vindsiktning kan man få en bättre finmaterialkurva.
• Vindsiktning anrikar glimmer i de finare fraktionerna. Detta medför att en med glimmerrik finballast så kan man anrika glimmern i de finaste fraktionerna och sedan kan man ersätta denna med annan filler.
• Tvättning kan ta bort olämplig filler.
Övriga rekommenderade tester.
• För framför allt finmaterialet och krossat berg täcker inte SS-EN allt.
• Därför rekommenderas att man gör en mera ingående initialtestning och med utgångspunkt från denna gör ett specifikt testprogram
1. BET yta-avslöjar leror och olämpliga partiklar
2. Lasersikt-avslöjar finpartikelfördelning
3. Brukstester-avslöjar om det finns olämpliga komponenter