Arbetbarhet och reologi hos betong med krossprodukter

Transkript

1 Arbetbarhet och reologi hos betong med krossprodukter MinBaS dagarna mars 211, Workshop A1 Mikael Westerholm CBI Betonginstitutet AB

2 Energieffektiv framställning av betong med krossat berg som ballast Materialkarakteristik Arbetbarhet och reologi Rekommendationer Inverkan av olika processmetoder Inverkan av materialkarakteristik Etablering av täkt Ställföreträdande metoder Cementbesparing Ballast för betongtillverkning

3 Arbetbarhet och reologi för Mikrobruk Bruk Betong Cement Vatten Finmaterial.25 mm Tillsatsmedel Mikrobruk Ballast.25/2 mm Bruk Ballast 2/16 mm

4 Arbetbarhet och reologi Sättmått, hägermannakon Enpunktsmätning, beskriver arbetbarheten med en parameter Reologi, viskometri Tvåpunktsmätning, beskriver arbetbarheten med två parameterar

5 Flytgränsspänning Betong och andra cementbaserade suspensioner har en flytgräns, d.v.s man måste applicera en viss kraft innan den börjar flöda. Flytgränsen uppkommer av att cement och andra finpartiklarna bildar flockar som det krävs en viss kraft för att bryta ner.

6 Plastisk viskositet Beskriver den lätthet med vilken en vätska rör sig, jmf. vatten/sirap. Kan sägas utgöra ett mått på en vätskas inre friktion. Vätska/suspension Viskositet (Pa s) Vatten,1 Bruk,5-4 Betong 2-14

7 Hur påverkas betongens egenskaper vid en förändring i flytgränsspänning och plastisk viskositet Flytgränsspänning (Pa) Styvare Viskösare Blöt/blaskig Plastisk viskositet (Pa s)

8 Flytgränsspänning Yield stress [Pa] Flytgränsspänning (Pa) Finmaterialkvalitet (/.25 mm) N1 C1 C3 C5 C7 C9 C11 N2 C2 C4 C6 C8 C1 C12 26 vol.-% fines Styvare Blöt/blaskig Viskösare Plastisk viskositet (Pa s) C13 C14 Hur förbättra kvaliteten: Kubisera? Tvätta? Vindsikta?,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Plastic viscosity [Pa s] Plastisk viskositet (Pa s)

9 Yield stress [Pa] Flytgränsspänning (Pa ) Flytgränsspänning (Pa) Inverkan av olika ballastmaterial (/2 mm) på bruks reologi 6 5 Grading as delivered Similar grading Styvare Viskösare 4 Blöt/blaskig Plastisk Plastic viskositet viscosity [Pa (Pa s] s) Plastisk viskositet (Pa s) Stor spridning i reologi pga varierande: korngradering finmaterialkvalitet kornform glimmerinnehåll

10 Passerande (%) Inverkan av ballastens gradering (/2 mm) Kurva 1 Kurva 2 (=ref) Kurva 3 Kurva 4,1,1 1 1 Sikt (mm)

11 Passerande (%) Flytgränsspänning (Pa) Flytgränsspänning (Pa) Inverkan av ballastens gradering (/2 mm) N1 K2 K23 K22 Spridning Styvare Blöt/blaskig Viskösare Gradering o Kurva 1 o Kurva 2 o Kurva 3 o Kurva Plastisk viskositet (Pa s) Plastisk viskositet (Pa s) 1 Kurva 1 9 Kurva 2 (=ref) 8 Kurva 3 7 Kurva ,1,1 1 1 Sikt (mm)

12 Yield stress [Pa] Flytgränsspänning (Pa ) Flytgränsspänning (Pa) Inverkan av olika ballastmaterial (/2 mm) på bruks reologi 6 5 Grading as delivered Similar grading Styvare Viskösare 4 Blöt/blaskig Plastisk Plastic viskositet viscosity [Pa (Pa s] s) Plastisk viskositet (Pa s) Gradering har stor betydelse men andra materialegenskaper kan vara avgöra för om ballasten är lämplig för betongtillverkning.

13 Flytgränsspänning (Pa) Yield stress [Pa] Inverkan av ballastens (/2 mm) kornform Kornformseffekt N1 C1S Particle shape effect C4S C2S C3S C8S,,5 1, 1,5 2, 2,5 3, 3,5 4, 4,5 5, Plastisk Plastic viscosity viskositet [Pa s] (Pa s) Ballastmaterialens kornform inverkar huvudsakligen på den plastiska viskositeten. Ballast med stor andel fri glimmer ger svårbearbetad betong med hög viskositet.

14 Inverkan av ballastens (/2 mm) kornform Flytgränsspänning (Pa) Yield stress [Pa] Plastisk viskositet (Pa s) Plastic viscosity [Pa s] R 2 aspect= F- aspect,,25,5,75 1, F-aspekt value 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1,5 F- aspect R 2 aspect=.86,,25,5,75 1, F-aspekt F- value

15 Flytgränsspänning (Pa ) Plastisk viskositet (Pa s) Inverkan av flytmedel 5 4 N1 glaciofluvial C1 crushed C7 crushed N1 glaciofluvial C1 crushed C7 crushed Flytmedel (%) Flytmedel (%)

16 Inverkan av VSI-krossad /2 mm ballast på bruks reologi

17 F-aspekt Flytgränsspänning [Pa] Yield stress (Pa) Flytgränsspänning (Pa) Inverkan av VSI-krossad ballast Naturgrus (N3) Konkross (K4) VSI-kross (K4) Plastisk Plastic viskositet viscosity (Pa (Pa [Pa s) s] s) VSI-krossning: Förbättrad reologi. Medelbra 1,75,5,25,75-,125 Naturgrus (N3) Konkross (K4) VSI-kross (K4) bra,125-,25-,5,5-1,25 17 Fraktion

18 F-aspekt Flytgränsspänning [Pa] Flytgränsspänning (Pa) Inverkan av VSI-krossad ballast N3 Konkross (K55) VSI-kross (K55) VSI-krossning: Förbättrad reologi. Dålig medelbra Plastisk Plastic viskositet viscosity (Pa [Pa s) s] 1,75,5,25 Naturballast (N3) Konkross (K55) VSI-kross (K55),125-,25,25-,5, Fraktion

19 Flytgränsspänning (Pa) Inverkan av VSI-krossad ballast N1 N3 K65 K65 kubiserad Spridning VSI-krossning: Oförändrad reologi. Bra/medelbra 1 1,9, Plastisk viskositet (Pa s) F min /F max,7,6,5,4,3,2,1 N3 K65

20 Åtgärder för att minska cementbehovet vid övergång till krossballast Anpassad korngradering Förbättra kornformen Utnyttja ballastens egna filler? Avlägsna glimmer

21 Flytgränsspänning [Pa] Flytgränsspänning (Pa) Cementbesparing genom att anpassa Naturballast (N3) Konkrossad (K4) "Vindsiktad" (K4) korngraderingen +1 % cement +5 % cement Cementbehovet kan reduceras med cirka 1 % genom att anpassa ballastmaterialets (K4) korngradering Plastisk viskositet [Pa s] Plastisk viskositet (Pa s) 21

22 Yield stress (Pa) Flytgränsspänning [Pa] Cementbesparing genom att förbättra kornformen (VSI-krossning) N3 Konkrossad (K4) "Vindsiktad" (K4) VSI-krossad (K4) +15 % cement Plastisk viskositet [Pa s] Plastic viscosity (Pa s) VSI-krossning reducerar cementbehovet med cirka 5 %. VSI-krossning och anpassning av korngraderingen resulterade i cirka 15 % lägre cementbehov än hos ursprungsmaterialet (K4)

23 Betong

24 Inverkan av olika /2 mm ballastmaterial på betongs sättmått

25 Flytgränsspänning (Pa) Flytgränsspänning (Pa) Inverkan av olika /2 mm ballastmaterial på betongs reologi (sättmått 2 mm) 3 25 Styvare Viskösare Referens (/16 mm N) /2 mm N3 /2 mm K56 /2 mm K57 /2 mm K Plastisk viskositet (Pa s) Blöt/blaskig Plastisk viskositet (Pa s) K57 och K58 har jämförbar korngradering men stor skillnad i mängd fri glimmer.

26 Passerar (%) Flogopit 1 Muskovit 1 Flogopit 2 Muskovit 2 Glimmer ,1,1 1 1 Sikt (mm) Glimmer Specifik yta (m 2 /kg) Flogopit 1 (Biotit) 266 Flogopit 2 (Biotit) 272 Muskovit Muskovit 2 37

27 Sättmått (mm) Sättmått (mm) Flogopit 1 Flogopit 2 Sättmått, vct,55, konstant flytdos ,5 1 1,5 3 Muskovit 1 Muskovit 2 Glimmer (% av /8 mm) Sättmåttet minskar när glimmerinnehållet >,5 %. Muskovit ger större vattenbehov än flogopit (biotite). Grovkorniga glimmerpartiklar ger större vattenbehov än finkorniga ,5 1 1,5 3 Glimmer (% av /8 mm)

28 Plastisk viskositet (Pa s) Plastisk viskositet (Pa s) Flogopit 1 Flogopit Muskovit 1 Muskovit 2 Glimmer (% av /8 mm) Plastisk viskositet, vct,55, sättmått 19±1 mm Betongens plastiska viskositet ökar med ballastens glimmerinnehåll. Grovkornig glimmer ger högre viskositet än finkornig. Muskovit ger högre viskositet än flogopit (biotit) Glimmer (% av /8 mm)

29 Plastisk viskositet (Pa s) Inverkan av glimmer (1,5 %) vid olika betongkvaliteter Ref 1,5 % Muskovit 2 Glimmerinnehåll och ballastegenskaper i övrigt får större betydelse vid tillverkning av betong med högre kvalitet 1 5,2,3,4,5,6 Vattenpulvertal (-)

30 Flytmedelsdos (% av C) Flytmedelsbehov för att nå sättmåttet 19±1 mm,8,7,6,5,4,3,2,1 Flogopit 1 Flogopit 2 Muskovit 1 Muskovit 2 Flytmedelsbehovet ökar vid glimmerhalter >,5 % för de grovkorniga och 1,5 % för de finkorniga. Muskovit ger större flytmedelsbehov än flogopit.,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Glimmer (% av /8 mm)

31 Compressive strength (MPa) Utnyttja ballastens filler som cementersättning? ,7 Konstant vct 54, ,8 43,57 Konstant vattenhalt /2 mm N3+2/16 K56 w/c constant /2 mm N3+2/16 mm K56 constant water content Cement replacement (%)

32 Flytgränsspänning (Pa) Plastisk viskositet (Pa s) 25 2 Effekt av cementreduktion konstant Ref (195 mm) Ref-5 % cement (195 mm) Ref -1 % cement (19 mm) vattencementtal Ref (195 mm) Ref-5 % cement (195 mm) Ref -1 % cement (19 mm) Plastisk viskositet (Pa s) Delmaterial Ref -5 % cement -1 % cement Cement ,5 315 Filler (G) 4 81 Vattenhalt 199,5 189,5 179,5 Vpt,57,59,453 2,4,45,5,55,6 vpt

33 Sammanfattning Betong med ballast från krossat berg har generellt sämre arbetbarhet. Finballastens egenskaper avgör lämpligheten för betongtillverkning. Kornform och glimmerinnehåll de viktigaste kvalitetsparametrarna. Förväntad cementökning kan minskas genom vindsiktning, kubisering och genom att avlägsna glimmer. Genom att välja rätt berg från början finns mycket att vinna.

34 Tack för uppmärksamheten!