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