Bergkrossmaterial som ballast i Betong

Transkript

1 Bergkrossmaterial som ballast i Betong Björn Lagerblad & Mikael Westerholm CBI Betonginstitutet Hans-Erik Gram Cementa AB ballast Polerad yta 15 cm Ballast ballast cement Tunnslip 5 mm SEM 50 µm 1

2 Orientering Bakgrunden till detta arbete är Svenska regeringens naturgrusmål som av miljöskäl vill minska användningen av naturgrus. En av de största förbrukarna av är tillverkning av betong där finmaterialet (0-8 mm) huvudsakligen kommer från naturgrus. Om naturgrusmålet skall uppnås måste stora delar av denna sand ersättas med krossprodukter. Krossprodukterna skiljer från naturgrus främst genom att partiklarna är mera kantiga och har en råare yta. Detta beror på att naturgrus även om det ursprungligen kommer från berg har bearbetats och nötts av i naturen, framför allt under istiden. Dessutom har många svagare material under tidens gång brutits ner. Då krossballast har andra egenskaper än naturgrus måste man lära sig förstå dess egenskaper och anpassa betongproportioneringen till dessa. Ett av problemen är att med nuvarande proportioneringsmetodik så kommer övergången från natur- till krossballast att innebära att betong för att uppnå en erforderlig styrka kommer att kräva mera cement. För att motverka detta måste man bättre lära sig att utnyttja krossballastens specifika egenskaper och finna kvalitetskriterier för att kunna reducera cementförbrukningen. Metoder och tester för produktionskontroll är också viktigt. Undersökningen bygger på ett mycket omfattande material och olika typer av undersökningar. Dessa finns redovisade i CBI-rapport 1:2008 och x:2011. Föreliggande rapport är en förenklad version. 2

3 Sammanfattning Det finns i Sverige en lokal brist på naturgrus. Dessutom vill man av miljöskäl bevara kvarvarande naturgrusförekomster. Krossat berg utgör det mest realistiska alternativet till naturgrus. Krossballast skiljer sig från naturgruset genom annorlunda kornkurva, kornform och partikelyta.. Kornformen är flakigare och kantigare och kornytan är råare, vilket ökar cementbehovet för en viss konsistens och hållfasthet. Filler och mängden finmaterial är ofta för stor. I Sverige ligger bergtäkterna huvudsakligen i granitiskt berg. Bergartstextur och mineralogi avgör kornform och ytstruktur. Metoder att fragmentera berget påverkar framför allt de grövre partiklarnas kornform och yta medan de finaste partiklarnas kornform och yta bestäms av vilka mineral som ingår i bergarten. Granit består av en viss uppsättning mineral, framför allt kvarts, fältspat, plagioklas och glimmer. 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. Speciellt besvärlig är fri glimmer, som är ett flakigt mineral. Halten glimmer i olika graniter varierar kraftigt från nästan inget till %, halter som återspeglas i form av fri glimmer i finfraktionerna. De bergarter som är glimmerfattiga ger det bästa finmaterialet och man kan utan problem tillverka betong med det. En först åtgärd när det gäller krossgrus är därför att finna ett bra berg med låg glimmerhalt. Kalksten och basiska bergarter ger ofta bättre finballast än granitiskt berg, men de kan ge problem med beständighet. Med hjälp av krossningsmetodik (VSI-krossning) kan man få mera kubiska korn ner till en den storlek när fria mineral börjar bli vanligast (mineralgränsen) beror på bergartens grovlek. Fri glimmer är normalt vanligt i fraktioner under runt 0,5 mm. Man kan även minska halten glimmer genom att vindsikta materialet och ersätta fillerfraktionen med något annat. Det finns andra klassificeringsmetoder men de blir dyrbara. Det viktigaste för att få en krossprodukt som passar för betongtillverkning är därför att välja rätt berg, berg med låg glimmerhalt. För att kunna spara cement måste man först se till att ha bra kubisk ballast för att minska vatten behovet. Därefter måste man arbeta med pasta (mikrobruket) och hur man kan öka dess volym utan att behöva höja cementhalten. Provningar har visat att man kan minska halten cement utan att sänka styrkan genom att öka fillermängden samtidigt som hålla vct hålls konstant. Detta kräver emellertid att man ökar mängden flytmedel och att fillern håller god kvalité, dvs. innehåller runda/kubiska partiklar. Betongproduktion kräver en jämn kvalité på ballasten. Det finns en mängd metoder för att göra detta men då variationen mellan olika krossprodukter är stor krävs att man först gör en genomlysande analys för att få fram den specifika ballastens problem och därefter tar fram metoder för kvalitetskontroll. Olika metoder är beskrivna i rapporten, framför allt i huvudrapporterna CBI rapport (2008 och 2011). 3

4 Innehåll 1 Inledning Proportionering-grundkoncept Karakterisering av ballast Krossat berg som betongballast och situationen i Sverige Geologi och krossprodukter Geologisk klassificering av bergarter Krossprodukter Karakterisering av krossballast Petrografisk analys Mikroskopi Röntgendiffraktion Metylenblått Kornform Bildanalys Kornstorleksfördelning Traditionell siktning Lasersikt Ställföreträdande metoder Flödestal Packning Specifik yta-bet yta Sandekvivalenttest Speciella metoder för karakterisering av filler Vattenbehov-Puntke test Vattenbehov-Utflyt Arbetbarhet Bruksblandningar Mikrobruk (<0,25 mm) Rekommendationer Proportionering Rekommendationer grov ballast Finballast Förbättringsåtgärder Cementreducering Rekommendationer Nyetablering av täkt Ballastanalys för betongproportionering Grovballast Bruk-finballast Referenser

5 1 Inledning Betong består i grunden av ballast, cement och vatten. Som färsk skall den kunna flyta ut och fylla ut en form i vilken den stelnar till en hårdnad produkt. Företrädesvis skall mängden cementpasta vara låg. De flesta fasta material kan användas som ballast i betong såtillvida de inte reagerar med cementpastan på ett negativt sätt. I allmänhet används bergmaterial då det är billigt och lokalt tillgängligt. Normalt är styrkan hos ballasten inget större problem då cementfasen i allmänhet är svagast. De flesta bergarter granitiska krossprodukter som undersökts har inga problem med varken styrka eller beständighet Ballast till betong inte påverka beständigheten negativt och att och den skall vara beskriven på ett sådant sätt att man med utgångspunkt från beskrivningen kan proportionera betong. Olika tester och metoder beständighet beskrivning av betongballast finns i SS-EN Denna rapport behandlar huvudsakligen vad som krävs för att man skall kunna proportionera betong optimalt med ballast från krossat berg i synnerhet granitiskt berg. Ett syfte med projektet är att är att kunna använda krossberg som ballast utan att behöva öka cementbehovet. Huvudfinansiärer till projektet är Energimyndigheterna (Pnr 30491) och Konsortiet för finansiering av grundforskningen inom CBI Betonginstitutet (Cementa AB, Betongindustri AB, Färdig Betong AB, Swerock AB, Strängbetong AB och A-betong AB).Övriga företag som bidragit med material och egeninsatser är Jehander AB, Nordkalk AB, NCC och SBMI 1.1 Proportionering-grundkoncept Betongproportionering innebär att man sätter samman betongens delmaterial på ett sådant sätt att den hårdnade betongen uppfyller vissa bestämda krav. Ett generellt koncept av hur man proportionerar betong finns beskrivet i Betonghandbok-Material. Beroende på användningsområde kan man proportionera med avseende på arbetbarhet, konsistens, stabilitet, tillstyvnade, lufthalt och styrka etc. Det grundläggande problemet är att betongen som ung ha sådana egenskaper att den kan flyta och fylla ut en form. I grunden baseras proportioneringen på ballastgradering, kornform och vct för hållfasthet och beständighet. För att förstå detta måste man beakta vad som ger rörligheten i den färska betongen. En färsk betong är en partikelslurry där alla partiklar inklusive cement rör sig mot varandra i vatten. I den färska betongen har inte cementet reagerat och är därför också en partikel. Mellan 70 och 80 volym % av betongen består av ballast. Att betongen domineras av partiklar i alla storlekar illustreras på omslagsbilderna. Detta medför att arbetbarheten hos den färska betongen är ett resultat av att de större partiklarna rullar/glider på de mindre. Vattnet fungerar i praktiken endast som glidmedel. 5

6 Virtuell packning. Flakiga och råa partiklar behöver större rörelsevolym vilket medför att man måste öka mängden finare material. Detta gäller i alla fraktioner. Är stenen flakig måste man öka mängden sand och om sanden är flakig så måste man öka mängden finmaterial och om finmaterialet är flakigt så måste man öka mängden ännu finare material. Det finaste materialet i en färsk betong är mikrobruket som består av cement, filler och vatten. 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 Mikrobruket blir bindemedlet-limmet i den hårdnade betongen. Man måste därför behandla det som en separat fas. I det proportioneringsverktyg som utarbetats i projektet benämns allt material större än 0,125 mm (sikt) som den kontinuerliga fasen och mikrobruket som matrisfasen. Den stora skillnaden mellan natur- och krossballast är att krossballasten generellt är mera flakig och kantig än naturballast. När det gäller sten så är detta allmänt känt och man kubiserar den så att partiklarna blir mera kubiska. Med helkross så måste man även beakta finballasten. Även denna är mera kantig och flakig. Detta illustreras i Figur 1 som visar tunnslipsbilder av en typisk naturballast och en krossballast i storlek mellan 0,5 och 1 mm. Detta medför att man måste öka mängden material under 0,5 mm. Figur 2 visar skillnaden mellan typisk naturgrus och krossballast i storlek mellan 0,125 och 0,25 mm. Partiklarna från krossballast är även här betydligt flakigare. De finaste partiklarna är oftast enskilda mineral med mineralets karakteristiska och distinkt form. En större flakighet även här medför att man måste öka mängden mikrobruk för att kunna bibehålla arbetbarheten. Mikrobruket innehåller cement, filler och vatten. För att få en önskad styrka på betongen så måste man ha ett visst vct och detta medför mängden cement för en given hållfasthet kommer att öka. Detta i grunden betyder att en övergång till krossballast generellt kommer att öka cementförbrukningen. Det gäller därför att på något sätt minska flakigheten och optimera kurnkurvan så att mikrobruksfasen eller matrisen kan bli optimal. 6

7 N3 K55 Figur 1. SEM-bilder i backscatter av naturballast (N3) och krossmaterial (K55) i siktfraktionen 0,5-1,0 mm. Planpolerade prov med fragment i epoxi. Varje fragment innehåller flera mineral. Mineralen kan observeras genom olika atomdensitet som kan observeras som en gråskala i bilderna. N3 K41 Figur 2.SEM-bilder av naturballast (N3) och K41 i fraktionen 0,125-0,25 mm. Planpolerade prov med fragment i epoxi. N3 har ett F min /F max (kapitel 3.2.1) på 0,62 medan K41 har ett på 0,48. Fragmenten består huvudsakligen av enskilda mineral. De flesta av de avlånga och något ljusare kornen är flak av mineralet biotit.. En intressant aspekt är att även filler ingår i matrisfasen och att cementhalten skulle kunna minimeras om man kunde utnyttja denna bättre. Tyvärr så gäller det även här att den inte får vara för flakig. Normalt innehåller krossballast mera filler än naturballast vilket ibland är en fördel. Med moderna superplasticerare kan man idag acceptera mera filler än man kunde tidigare men det kräver att fillern håller god kvalité. Exempelvis så är den grundläggande principen för tillverkning av självkompakterande betong att öka mängden mikrobruk genom att tillför a filler med konstant cement och vattenmängd. I arbeten utförda av Doyle (1972), Ellis (1989), Kwok, (1997), Sahu 2003) har man kommit till en liknande slutsats att flakiga/stängliga/råa partiklar så måste man öka mängden finare material och vatten. Innan 7

8 superplasticerarna var tillgängliga rekommenderade man ofta att ballasten skulle ha ett partikelgap för att klara den större mängden finmaterial. Med hjälp av speciellt ultrafin filler kan behålla arbetbarheten och styrkan utan att behöva öka mängden cement (Lagerblad & Vogt 2005, Vogt 2010). Effekten av en ökad mängd finmaterial inkluderade filler visas i två examensarbeten presenterade av Dietsch (2010) och Horta (2011). Detta fordrar emellertid filler av bra kvalité på finmaterialet med kubiska korn. Man kan även tillföra reaktiva finpartiklar som flygaska eller någon annan finkornig pozzulan för att ytterligare höja styrkan och tätheten. I grunden gäller det emellertid att krossballasten har så runda/kubiska korn som möjligt och att kornkurvan är optimal Karakterisering av ballast För att kunna proportionera betong optimalt måste man kunna bestämma de variabler som styr rörligheten. Man måste sätta kornkurvan i relation till de egenskaper ballasten har i alla storlekar. Man måste kunna karaktärisera de olika partiklarna och beräkna hur de kommer att bete sig i den färska betongen. Det är möjligt att i detalj karakterisera de olika partiklarna i mikroskop med hjälp av bildbehandling men detta är ingen metod man kan använda i produktion. Man kan även göra olika typer av reologiska tester men även dessa är omständliga att utföra. Detta medför att man måste ha en ställföreträdande enklare metod. Krossballasten är ingen enhetlig produkt. Det finns många olika variabler som styr kvalitén. Detta medför att man först måste utföra en omfattande analys av vilka egenskaper en specifik ballast har. Med utgångssynpunkt från detta kan man få fram vilka specifika egenskaper en viss krossballast har och från detta kan man finna en metod att antingen optimera ballasten eller att kunna karakterisera den på ett sätt så att detta kan användas vid proportionering. Ballast från kross har generellt en mera rå yta och är mera flakigt/stängligt än naturgrus. Dessutom har krossballast oftast har en annan partikelfördelning och mängden finmaterial/filler betydligt större i kross än i naturgrus. Krossballast är emellertid inte någon entydig produkt utan egenskaperna varierar med utgångspunkt från det krossade berget och krossningstekniken. Variationen både när det gäller kornsortering och kornform är större än för naturballast. Å andra sidan är krossballast en industriell produkt som det är möjligt att producera med jämn kvalitet förutsatt att råvaran är homogen. I denna undersökning har vi undersökt ett större antal olika bergtäkter och med olika metoder karakteriserat påverkan på arbetbarheten. När det gäller grovballasten kan man oftast direkt observera kornform och det är enkelt att sikta. Det stora problemet är därför att få en bra finfraktion. Därför har projektet speciellt koncentrerat sig på fraktionerna under 2 mm då dessa har störst betydelse för arbetbarheten och speciellt för cementbehovet. I allmänhet kan man kompensera dålig kornform i fraktionerna över 2 mm med att öka mängden ballast under 2 mm under förutsättning att 0/2 fraktionen har bra kvalitet. Detta medför inte att kornformen och fördelningen av korn över 2 mm är oväsentlig men kunskapen om hur man proportionerar med dessa korn är redan till stor del etablerat. Grunden till en resursnål proportionering ligger i finmaterialfasen. Med bra filler och superplasticerare kan man expandera finmaterialfasen och därmed upphäva problem men de 8

9 andra partikelstorlekarna. Därför behövs inte som tidigare något partikelgap för att få en bra arbetbarhet. 1.1 Krossat berg som betongballast och situationen i Sverige Krossat berg även som finfraktion vid betongtillverkning är vanlig i flera länder och regioner. Det beror i allmänhet på brist naturgrus och långa transportavstånd. Ofta så blandas krossberg med natursand för att få en lämplig sammansättning (CCAA 2007, 2008, Wigum 2009). Karbonatbergarter som kalksten eller dolomit är vanligast och används ofta även som finballast. De är en lättkrossade och ger relativt kubiska partiklar. I regioner med lokal brist på både naturballast och lämplig kalksten används diabas eller basalt. Där man använder dessa bergarter har man lärt sig hur produkten skall se ut och byggt upp en anpassad kontrollverksamhet både för optimal sortering och för att undvika problem med beständighet. Granitiskt berg används ofta som sten men sällan som finballast då det anses ge svårbearbetad betong. Normal ger granitiskt berg inte upphov till beständighetsproblem, men speciellt i varmare länder anses det kunna ge upphov till alkalisilikareaktion i fuktig miljö (se Lagerblad & Trägårdh 1995). I Sverige har under många år granitiskt berg används som grovballast medan finballasten kommer från naturgrus. Det har dock genomförts provningar och undersökningar med helkross. Dessa (Malmberg 1979, Johansson & Klevbo 1981) visade att det gick att tillverka betong med helkross men att vattenbehovet ökade. Det rekommenderades att använda partikelsprång för att få en bättre arbetbarhet. I de genomförda undersökningarna visade det sig dock att man med moderna flytmedel inte längre behöver ett partikelsprång för att få bra arbetbarhet (Schwan 2006). Sveriges berggrund innehåller många olika typer av bergarter. De bergtäkter som finns i Sverige är inte framtagna som betongballast. Framför allt har man inte brytt sig om finballast som ofta har blivit en restprodukt. I första hand och den närmaste framtiden måste vi lära oss att arbeta med det som produceras idag. I framtiden kommer man dock antagligen att behöva ta hänsyn även till kvalité på finmaterialet om det skall användas i betong. Största delen av Sveriges berggrund består av mycket gammalt och väl konsoliderat berg vars krossprodukter ur beständighetssynpunkt lämpar sig väl för betongtillverkning. Det finns dock undantag. De lokalt förkommande prekambriska sandstenarna är ibland porösa vilket medför problem. En del av dessa sandstenar som Dalslandkvartsiten och de kambrosiluriska kvartsitiska sandstenarna (typ Hardebergakvartsit) är homogena och täta. Porfyrer som förkommer lokalt i delar av Småland, Bergslagen och i Norrland är ofta bra men de kan ge problem med alkalisilika reaktion. Bergarterna i fjällkedjan variera kraftigt och det finns bergarter som kan vara besvärliga ur beständighetssynpunkt. Många av de s.k. urkalkstenarna i Mellansverige är täta och homogena och är bra som betongballast men man måste se upp med svälleror (Lagerblad & Jakobsson (1997). De vanligaste bergarterna i Sverige är graniter och graniska gnejser och de flesta bergtäkterna ligger i dessa bergarter. Grovballasten kubiseras ofta och fungerar bra i betong medan finballasten är mera besvärlig. När det gäller finballasten och speciellt de finare partiklarna så är det ingen enhetlig produkt. Med en del krossprodukter kan man nästan ersätta naturgrus 9

10 direkt medan andra är besvärliga och kräver mycket cement och eller höga doseringar av flytmedel för att kunna ge betongen bra arbetbarhet. Ur miljö- och kostnadssynpunkt vill vi inte använda för mycket cement och/eller flytmedel. Vi finner att de krossberg som är olämpliga oftast innehåller för stora mängder filler och att finmaterialet ofta innehåller för mycket flakigt material. Oftast beror det på att materialen är rika på fri glimmer. Man kan finna glimmerflak upp i fraktioner över 0,5 mm (sikt). Man kan med olika åtgärder såsom exempelvis tvättning och vindsiktning minska mängden glimmer men detta medför en kostnad. För att kunna tillverka bra ballast av berg så måste man kunna klassificera bergarter på ett sådant sätt att man kan finna de lämpligaste. Därför följer nedan en kort genomgång av geologiska begrepp och klassificeringsmetoder. 10

11 2 Geologi och krossprodukter 2.1 Geologisk klassificering av bergarter Hur man beskriver en bergart (bergartsnomenklatur) är besvärligt. Man använder i princip tre klassificeringssystem. Genes som beskriver hur bergarten bildat. Typexempel är; Sedimentära bergarter som bildats genom sedimentär avsättning i vatten. Typiska bergarter är kalksten, sandsten, lerskiffer, gråvacka etc. De är ofta olämpliga som betongballast då de är porösa, flakiga och ofta innehåller olämpliga leror. Metamorfa bergarter som bildats genom att sedimentära bergarter på djupet utsatts för högt tryck och temperatur. De har kompakterats och har genomgått mineralomvandlingar. Typiska bergarter är marmor (kalksten), kvartsit (sandsten), etc. Det finns en skala från lågmetamorfa sedimentära bergarter till högmetamorfa gnejser med mineralogi och utseende som en granit. En del av dessa bergarter är bra till betong medan andra är dåliga. Magmatiska bergarter som bildats genom att olika mineral kristalliserat från en smälta. Sammansättning baserad på de i bergarten ingående mineralen som i sin tur till stor del beror på den kemiska sammansättningen. Typexempel är granit, granodiorit, gabbro etc. De högmetamorfa bergarterna är ofta halvsmälta och liknar ofta de magmatiska bergarterna. De magmatiska bergarterna är mycket olika men är oftast lämpliga som betongballast. Textur som beskriver hur en bergart ser ut Textur är ett begrepp där man beskriver en bergarts utseende på i makro och mikroskala. Texturen kan vara ett resultat av bildning eller annan påverkan som deformation. En gnejs är exempelvis en högmetamorf sedimentär bergart eller en granit som i halvplastiskt tillstånd deformerats och fått sin karakteristiska slirighet. Som finmaterial liknar det som kommer från en äkta granit. En mylonit är en bergart som deformerats så kraftigt att den krossats upp. En porfyr är en granitisk smälta som kommit upp till ytan och stelnat så snabbt att det bildats ett glas eller mycket små kristaller. En diabas är en gångbergart och basalt en ytvariant av en smälta med gabbro sammansättning. Textur som beror på hur bergarten bildats och vad som den utsatts för. Typexempel är gnejs, mylonit, marmor etc. Mineralogi En bergart är sammansatt av olika mineral. Vilket mineral de innehåller är viktigt för speciellt finmaterialet. Bergarten kan vara sammansatt av en typ av mineral som exempelvis kalksten (kalcit) eller sandsten (kvarts). När det gäller de magmatiska bergarterna så bestäms mineralsammansättningen av smältans sammansättning. En gabbro eller de finkornigare varianterna diabas och basalt innehåller en liknande mineraluppsättning. De domineras av 11

12 mineral som hornblände, pyroxen och klorit. En granit eller den finkornigare varianten ryolit (mera känd som porfyr) domineras av kvarts, fältspat, biotit och muskovit. Inom de olika grupperna finns en stor variation men definitionsmässigt så innehåller en diabas inte kvarts (mineral) medan en granit skall innehålla minst 10 vikt % kvarts Vittring En annan process som kan vara viktig är vittring. I kontakt med vatten så bryts många mineral ner. Vittringsprodukterna transporteras ofta bort med rinnande vatten och ansamlas i sjöar och hav där de bildar sedimentära bergarter som på stort djup och hög temperatur smälter och bildar en magma. Speciellt i tropiska länder kan vittringen vara mycket tjock och det är ofta svårt att få fram färskt berg för ballasttillverkning. Vittringen ger ofta svaga bergarter men framför allt så resulterar vittringen ofta i leromvandlingar där leran är olämplig i betong. Vittring är generellt en långsam process och den Svenska berggrunden har skrapats av inlandsisen. Detta medför att vittringen är relativt grund. De flesta graniter har bara en vittring på några mm vilket gör att mängden i krossprodukten är försumbar. Basiska bergarter och kalkstenar kan ibland vara mera vittrade och det bildas ofta svälleror som är olämpliga i betong. Man kan emellertid även få vittring i sprickor och sprickzoner. Vittrat berg bör undvikas. Man kan ibland även finna bergarter som drabbats av hydrotermal omvandling. Det är ett resultat av varmt vatten som ibland lokalt i berggrunden. En sådan granit upptäcktes i undersökningen och finmaterialet var besvärligt på grund av lerbildning. Diabaser är ofta hydrotermalt omvandlade och kan innehålla olämpliga leror. 2.2 Krossprodukter När det gäller krossprodukten så styrs fragmentens karaktär av texturen och mineralogin. Formen på de grövre partiklarna påverkas av bergartstexturen, dvs. om bergarten är skiffrig så kommer man att även efter krossning få skiffriga fragment. Denna flakighet kan man påverka genom kubisering där man mekaniskt slår av kanter så kornen blir mera kubiska. Den svagaste länken i en bergart är fasgränsen mellan två mineral vilket medför att man i de finare fraktionerna får fria mineral. När det gäller finmaterialet så styrs det av bergartens mineralsammansättning och storlek på mineralen (grovlek). Undersökningar vid Chalmers (Quist & Ewertsson 2010) visade i sina experiment med VSI-krossning att det är svårt att kubisera fragment mindre än 0,25 mm, dvs. där mineralkornen börjar bli fler än bergartsfragmenten. Detta beror på att finmaterialet huvudsakligen innehåller fria mineralkorn och deras kornform bestäms av det enskilda mineralets kristallform, som är specifikt för varje mineral. När man krossar grovkorniga bergarter som från början har större kristaller så kommer man att få fria mineral i grövre storlekar. Detta är väsentligt för finmaterialets egenskaper i betong och därför har vi infört ett begrepp mineralgräns som säger när majoriteten av partiklarna består av fria mineral. Detta medför att man med utgångspunkt från en bergarts sammansättning och textur i viss mån kan förutsäga en bergtäkts möjlighet att ge bra krossgrus för betongtillverkning, vilket är viktigt om man vill finna ett berg till en ny täkt eller om man vill bryta selektivt för betonggrus. Olika bergarter ger olika krossprodukter. Kalkstenar eller basiska bergarter (diabas, gabbro etc.) har olika mineralsammansättning och textur. Detta medför att de ger olika typer av fragment. Normal ger kalksten och diabas beroende på sin mineraluppsättning och textur mera kubiska fragment än de granitiska bergarterna. 12

13 I denna undersökning har vi framför allt koncentrat oss på befintliga täkter med huvudsakligen granitiska bergarter men har även inkluderat några kalkstenar och kvartsiter. I en del fall är det homogent berg som ger en relativt homogen produkt men ofta är det blandberg av olika typer av graniter eller granitiska gnejser. Den utförda petrografiska analysen baseras på krossgrusets sammansättning men man kan använda en bergartsnomenklatur för att beskriva krossgruset. Ett problem är dock att i de flesta täkterna så finns det diabasgångar eller basiska partier som innehåller hornblände och klorit/biotit som inte ingår i det huvudsakligen granitiska berget. Granit är en magmatisk bergart som definieras av sitt innehåll av fri kvarts (mineralet kvarts). Dessutom innehåller graniterna kalifältspat, plagioklas och oftast glimmer (biotit/muskovit) i olika proportioner. I mindre mängd finns ofta i krossgruset även pyroxen och amfibol som oftast kommer från diabasgångar och inhomogeniteter i det granitiska berget. Oftast är det glimmern som ställer till med problem och en ganska liten variation i kemin hos bergarten kan ge upphov till stora variationer i mängden glimmer. Därför kan man inte betrakta krossad granit som ett enhetligt material varför varje krossprodukt måste betraktas som en enskild produkt. Förutom de granitiska bergarterna och kvartsiterna skulle man i Sverige som betongballast kunna använda karbonatbergarter som kalksten/marmor eller basiska bergarter som basalt/diabas eller vissa sandstenar. De ger oftast bättre kornform än de granitiska bergarterna men de kan ibland ge upphov till beständighetsproblem vilket fordrar speciella undersökningar (Lagerblad & Trägårdh 1995). Ett annat problem är om bergtäkten ligger i ett blandberg med band av olika bergartstyper. Detta medför att varje sprängsalva eller del av salva kommer att innehålla typer av bergarter. Med ett bandat berg kan man förvänta en ojämn produkt vilket i sig ger problem vid betongframställning. Detta medför att man för att på en homogen produkt måste använda sig av selektiv brytning, klassificering eller finna metoder för homogenisering. I slutändan måste man göra en kostnadsoptimering där man jämför kostnaden för transport, att processa berget eller göra en selektiv brytning för betonggrus. Det är inte upp till oss att göra denna bedömning men vi hoppas att vårt arbete ger möjlighet att kunna bedöma olika produkter så att de olika krossverken och betongtillverkarna får ett beslutsunderlag. I mycket bestämmer typen av berg vilken krossprodukt man får. 13

14 3 Karakterisering av krossballast Syftet med karakterisering är att få fram vad som är relevant för proportionering, arbetbarhet och den hårdnade betongens egenskaper. För att få fram detta måste man korrelera materialegenskaperna med den effekt som de ger på arbetbarhet/reologi. Hur man karakteriserar och beskriver en ballast till betong finns beskrivet i SS-EN En del av metoderna och testerna är till för att garantera beständighet medan andra är till för att beskriva ballasten så att man kan proportionera betong. I SS-EN 932-3finns en terminologi och nomenklatur för petrografisk beskrivning. Direkta tester: Siktkurva med hålsikt SS-EN Kornkurva för finmaterial med luftstråle siktning (air jet sieving) SS-EN Partikeldensitet SS-EN Kornformen för grov ballast med spaltsikt SS-EN Kornform med formindex SS-EN Det finns även en del indirekta tester som: Hålrumsbestämning SS-EN Flödestal SS-EN Sandekvivalenttest (finmaterial) SS-EN Metylenblåtesten (finmaterial) SS-EN Andra metoder och tester som kan användas för karakterisering Kemisk analys av bergart Specifik detaljerad petrografisk analys Röntgendiffraktion för mineralfördelning Bildanalys för kvantifiering av partikelform Specifik yta för finmaterial Lasersikt för fördelning av finmaterial Med hjälp av dessa tester får man fram det mesta man behöver som ingångsdata för proportionering. När det gäller grovballasten räcker det med siktkurva, densitet och kornform för att kunna proportionera betong. För finballasten och då speciellt det finaste materialet behövs mera specifik karakteristik. För optimal rörlighet och arbetbarhet bör ballasten ha en viss kornkurva och kornen skall vara runda och släta. Kornkurvan när det gäller grovballasten kan man relativt enkelt korrigera genom siktning och kornformen kan förbättras genom kubisering. Problemet med krossballast och dess egenskaper gäller därför framför allt finballasten och då speciellt fraktionerna under 2 mm. Mest besvärlig och av störst betydelse är finfraktionen (< 0,25 mm) och speciellt filler fraktionen (< 0,063 mm). Därför har vi i första hand koncentrerat oss på finmaterialet under 2 mm. Generellt kan man upphäva ogynnsam kornform hos den grövre ballasten genom att öka 14

15 mängden finmaterial, cement och vatten varför finmaterialets egenskaper blir viktiga (se kapitel 1.1). I arbetet har ett av målen varit att få en korrelation mellan bergartstyp och partikelegenskaper och effekt på betongs arbetbarhet. Krossballast egenskaper beror till del på krossmetod men mera på bergartstyp och bergartssammansättning. För framtida betongballast är det viktigt att kunna finna lämpligt berg. Därför är den petrografiska beskrivningen och hur detta styr egenskaperna viktigt. Arbetet med att karakterisera krossballast syftar till att ta fram de relevanta petrografiska data och mätmetoder som ger de data som behövs för att optimalt sätta ihop en betong. 3.1 Petrografisk analys En petrografisk analys går ut på att man identifierar bergarter och mineral. I en vanlig petrografisk analys så analyserar man textur och mineralogi hos en bergart. Detta görs enligt den terminologi som finns beskriven i SS-EN I en mera noggrann analys kan man även få fram mängd av olika mineral och hur de sitter ihop. Detta ger en indikation på hur en eventuell krossprodukt kommer att se ut. Speciellt kornformen är viktig. Om en granit är rik på biotit kan man anta att speciellt finmaterialet blir rik på flakiga partiklar av detta mineral. Det är dock inget självändamål för ballast utan det gäller att finna ut de samband som finns mellan petrografi och ballastens egenskaper i betong. Detta medför att man måste sikta upp materialet i olika fraktioner finna och helst kvantifiera vad som karakteriserar kornform och fördelningen av partiklar. Om exempelvis en biotit sitter tillsammans med ett annat mineral blir kommer bergartspartikeln mera kubisk än biotit i sig. Kornformen hos krossfragment hänger samman med den krossade bergartens textur och mineralogi. Vid krossning fragmenteras en bergart i svaghetszoner. Bergarterna fragmenteras efter skiffrighetsplan och mellan mineralkorn. Detta medför att en skiffrig bergart ger mera flakiga partiklar än en mera homogen bergart. Detta gäller framför allt för de grövre medan mineralogin styr formen hos de finare partiklarna. En bergarts skiffrighet kan man ofta identifiera i fält. Man kan även observera hur grovkornig bergarten är och få en första indikation på mineralogin. Varje mineral har en karakteristisk form och denna form kommer att styra bruket eller betongens egenskaper i det färska tillståndet. En besvärlig grupp av mineral är glimrarna som till sin karaktär är flakiga och därmed försämrar rörligheten hos färsk betong (se senare). Typiska glimmer är biotit, muskovit och klorit. Leror, som oftast är mycket finkorniga och har sitt ursprung i vittring, tillhör samma mineralfamilj. För att få fram referens och jämförelsedata har vi infört begreppet mineralgräns (kapitel i CBI rapport 2008:1) som definieras som den fraktion där mängden bergartfragment är större än antalet fria mineral. Det varierar från <0,1 mm i porfyrer till > 0,5 mm i grova granitiska bergarter. Mineralgränsen eller bergartens grovlek är viktig för krossproduktens kvalité. Mängden fri glimmer är relaterat till mineralgränsen då det endast är den fria glimmern som ställer till med problem. Grova bergarter kan få problem med glimmer i siktfraktioner över 0,5-1mm, medan de finkorniga graniterna endast har fri glimmer i de finaste fraktionerna. Det rekommenderas att använda siktfraktion 0,125-0,25 mm som referens. I allmänhet innehåller alla fraktionerna liknande mängd glimmer men inte alltid. Ofta är exempelvis halten glimmer 15

16 i fillerfraktionen (< 0,63 mm) lägre (Fig.18 i CBI rapport 2008:1) då glimmer är böjlig/seg medan exempelvis kalifältspat är spröd och därför lätt krossas och anrikas i fillern. Den enklaste metoden för petrografisk analys är i stereomikroskop, som i princip är ett förstoringsglas. I grunden räknar man antalet bergarts- och mineralkorn i de olika fraktionerna och ser hur många procent av partiklarna som är bergart, glimmer, kvarts, fältspat etc. Med bergart menas ett fragment som innehåller två eller flera mineral. Glimmer är ganska lätt att känna igen på sin flakiga form men det är svårare att skilja mellan de andra utan lång erfarenhet. Olika metoder att bestämma mängderna glimmer finns beskrivet i Toosavainen Mikroskopi De grövre partiklarna kan identifieras med det nakna ögat. För att karakterisera de något mindre partiklarna behöver man ofta en lupp eller ett strereomikroskop. För de finaste partiklarna kan man använda man tunnslip i polarisationsmikroskop eller ett svepelektronmikroskop. Ett tunnslip är ett preparat där man slipat det så tunt att det släpper igenom ljus vilket medför att man kan analysera enskilda fragment och mineral i ett polarisationsmikroskop. Vid analys av ballast gjuts fragmenten in i epoxi och tunnslip görs av stelnade kroppen Metodiken finns beskriven i kapitel i CBI-rapport 1:2008. I ett svepelektronmikroskop kan man dels se en förstorad bild av fragmenten dels med energidispersiv göra en kemisk bestämning av hela partikeln eller i en punkt. Man kan dels se på kornen som sådana eller baka in dem i epoxi och göra en snittad och polerad yta. Den analyserade ytan är liten och med en kornstorlek på över 0,25 mm blir det endast ett fåtal korn, varför tunnslip är bättre för dessa fraktioner. Man måste dock beakta att på ytan ser man en tvådimensionell bild och snitteffekten gör att man inte vet det enskilda kornets storlek. I SEM kan man även med hjälp av energi dispersiv analys göra en kemisk analys av bulk eller enskilda korn. Med hjälp av SEM kan man även få en kemisk analys som kan hjälpa till med att klassificera bergarten (kapitel i CBI-rapport 2011). Den kvantitativa analysen i både tunnslip och SEM görs bäst genom punkträkning. Detta kan göras på två sätt. Antingen genom att man karakteriserar och räknar kornen på en viss yta eller genom att man flyttar preparatet en viss sträcka och analyserar/räknar den punkt som liggen i mitten (punkträkning). De olika metoderna ger olika resultat. Med punkträkning får man ett resultat i volym % medan kornräkning ger partikel %. Flakiga partiklar ger större korn % än volym %. Fraktionen 0,125-0,25 mm används som referens men man kan inte utgå från att alla fraktioner innehåller lika mycket. De mindre partiklarna är mera besvärliga att analysera i polarisationsmikroskop och här har vi polerat ytorna och analyserat i svepelektronmikroskop. 16

17 0, , 2 5 mm 100% 80% 60% 40% 20% 0% K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 K9 K10 K11 K12 K13 K14 K15 K16 N1 P r o v Glimmer Kvarts Fältspat Hornblände Pyroxen Övriga Mafisk Salisk Figur 3. Exempel på mineralfördelning i olika krossberg i fraktionen 0,125 till 0,250 mm. Mafiskt betyder att det är ett bergartsfragment med mörka mineral som biotit, hornblände, pyroxen och salisk betyder att det innehåller mineral som kvarts, muskovit och fältspat. Partiklar i fillerfraktionen måste analyseras med hjälp av SEM. Tjockleken på ett tunnslip är ca 0,025 mm vilket medför att de finare fillerpartiklarna delvis kommer att vara täckta av epoxi och därmed svåra att analysera. Även i SEM är det svårt att analysera partiklarna då man i fillerfraktionen får en stor skillnad i storlekar vilket gör analysen besvärlig. I en snittad yta vet man inte om det är en mycket liten partikel eller toppen/botten av en stor partikel. Man kan emellertid få en uppfattning om innehållet och man kan med kemisk analys identifiera enskilda mineral. Analyser av några produkter finns i kapitel i CBI-rapport 1:2008 och kapitel m2.2.2 i CBI rapport x: Röntgendiffraktion Röntgendiffraktion är en metod som mäter kristallplanen som är specifika för varje typ av mineral. Det redovisas som toppar vid vissa vinklar. Detta medför att metoden framför allt används för att kvalitativt identifiera olika i provet ingående mineral (Kapitel i CBI rapport 2011). I förhållande till tunnslip är det dock en snabb metod och den fordrar inte den erfarenhet som en petrografisk analys fordrar. Genom att mäta intensiteten vid en enskilt topp och jämföra det med toppar från andra mineral kan man få en uppskattning av mängden av ett speciellt mineral. I undersökningen har semikvantitativa data från röntgendiffraktion jämförts med petrografisk analys. De visar att man med hjälp av röntgendiffraktion får en uppskattning av mängd glimmer men att uppskattningen är relativt grov. Metoden är lämplig för att analysera filler där kornen är för små för att kunna direkt identifieras. Data finns i kapitel 2.3 i CBI-rapport x: Metylenblått Metylenblå testen finns beskriven i SS-EN och rekommenderas att användas på ballast med mycket finmaterial/filler. Metoden bygger på att man mäter mängden metylenblå (som är ett starkt färgämne) som sorberas av en viss mängd 0-2 mm grus. Metoden tar främst fram mängden leror och då framför allt mängden svällera. Höga halter av biotit ger en svag förhöjning av mängden sorberad metylenblått. Metoden är en viktig test för orena kalkstenar och basiska bergarter som lätt bildar leror vid hydrotermal omvandling eller vittring. När det gäller sura bergarter som graniter och gnejser bildas sällan svälleror vilket medför att den i de undersökta granitiska bergarterna inte är viktig. Resultaten (Kapitel i CBI-rapport 1:2008) visar att naturgrus har ett relativt högt 17

18 värde beroende på vittringsleror. Då den relativa mängden leror är liten har det mindre betydelse men det är känt att höga halter av leror i naturballast kan ge problem. Normalt är icke vittrat berg fritt från leror vilket i sin tur gör att filler från krossberg är bra såtillvida det inte innehåller för mycket glimmer. Dessutom finns det en granit (K8) som uppvisar högre värde både på Metylenblått, BET-yta och Sandekvivalent och som ger en besvärlig reologi. Utan tvättning av finmaterial är prov K8 inte bra i betong men det framkommer bättre i andra tester. Metylenblå bör dock användas för att ta fram kvalitén på kalkstenar och basiska bergarter som basalt etc. När det gäller granitoida bergarter behövs den främst i initialanalysen för att få fram eventuell vittring eller hydrotermal omvandling. Generellt så tyder ett högt metylenblå värde på att ballasten är olämplig i betong och att ytterligare utredning om samband behövs. För finballast bör MB värdet ligga under 2 och de undersökta krossgrusen ligger under 1. Vid högre värden än 1 bör en speciell utredning göras om orsakssammanhanget. För mycket vittrat berg i produkten, höga halter av fin glimmer (sericit) och mycket ultrafint material ger en viss förhöjning av MB-värdet. 3.2 Kornform Det som framför allt skiljer krossprodukter från naturgrus är kornform och kornyta. Detta medför att detta är en viktig variabel när det gäller klassificering. Det finns många direkta och indirekta metoder att göra klassificeringen. Det är relativt enkelt att göra på stora korn men mera besvärligt på de små. In SS-EN skall grovballast analysera med hjälp av spaltsikt (SS-EN 933-3) eller formindex (SS-EN 933-4). Det saknas direkta metoder för kornformsanalys av finballast men försök har visat att man med spaltsikt kan analysera kornform ner till 1 mm. Kornformen ingår även som en väsentlig variabel i flera indirekta tester som packning eller flödestal. Det är även en variabel i flera andra tester Bildanalys Bildanalys är en metod där en dator med utgångspunkt från en digital bild räknar ut ett fragments kornform och yta (Kapitel 2.3.1, CBI Rapport 2011). Det kan göras av en bild på liggande korn eller på snittade korn. Snittade korn kan analyseras på bilder tagna från tunnslip eller SEM. En partikel som ligger kommer att lägga sig på sin mest flata sida. Detta medför att kan bestämma stänglighet då flakiga partiklar blir kubiska. På snittade ytor blir både stängliga och flakiga partiklar stängliga. En jämförelse mellan liggande och snittade ytor (kapitel 3.2.3, CBI rapport 2008) visar att flakigheten dominerar och att det för de finare fraktionerna beror på glimmermineral. Flakighet i bildbehandling beräknas som kvoten mellan det kortaste och längsta avståndet i varje partikel. Då partiklarna är oregelbundna kan flakighetsindex beräknas på olika sätt. Låga värden indikerar en större flakighet (Se Figur 2 och 4). Resultat från olika mätningar visas i Figur x. Naturballast har mest runda/kubiska korn. Generellt är att det mest flakiga naturgruset är ungefär lika som det bästa krossgruset. Generellt är krossgrus något mera kantigt än naturgrus. I de finaste fraktionerna styr halten glimmer, oftast biotit, flakighetsindex, vilket indikeras i Tabell 1. Fältspaterna (alkalifältspat och plagioklas) har en 18

19 ganska bra form. Kvarts kan vara något flisig. Kalcitkristallerna har oftast en bra form men större kristaller kan ibland vara något flakiga. Hornblände har en relativt bra form. När man jämför olika krossgrus så finner man att flakigheten i finmaterialet generellt minskar med ökande kornstorlek (Tabell 1). Detta blir markant när kornstorleken blir under 0,5 mm eller mera specifikt under mineralgränsen. Tabell 1. Tabell som visar F-aspekt och mängd fri glimmer i volym %. N1 i tabellen är ett naturgrus och de tre andra krossgrus med olika kvalitet. Ett lågt värde på F- aspekt indikerar ett flakigt korn. Glimmern förelåg i form av biotit. Sikt i mm 11-16mm N1 F-asp 0,58 Fri biotit i % 0 % K2 F-asp 0,55 Fri biotit i % 0 % K3 F-asp 0,54 Fri biotit i % 0 % K4 F-asp 0,54 Fri biotit i % 0 % 5,6-8mm 0,58 0 % 0,53 0 % 0,52 0 % 0,53 0 % 4-5,6 mm 0,57 0 % 0,53 0 % 0,52 0 % 0,53 0 % 1-2 mm 0,53 0 % 0,50 0 % 0,48 0 % 0,49 0 % 0,5-1mm 0,59 0,3 % 0,49 0 % 0,46 0,3 % 0,55 3,3 % 0,25-0,5mm 0,58 0,6 % 0,47 6,6 % 0,50 0,3 % 0,49 10,0 % 0,125-0,25mm 0,59 2,3 % 0,44 11,0 % 0,48 0,6 % 0,44 20,3 % 0,075-0,125mm 0,58 3,0 % 0,43 12,6 % 0,47 0,6 % 0,41 22,3 % Detta beror framför allt på att i större fragment så sitter glimmern ofta tillsammans med andra mineral och att kompositen är mindre flakig än det fria glimmermineralet. Bildbehandling är en dyr metod och kräver avancerad teknik. För rutinkontroll av finfraktionerna kan det räcka med att räkna glimmerkorn då det är dessa som primärt ger flakigheten och som ställer till med problem när det gäller arbetbarhet. Flakiga Kubiska Figur 4. Bildanalys på snittade korn i fraktionen 0,125 till 0,250 mm. Kumulativt diagram där låga värden visar flakiga partiklar. N1 är naturgrus och K11 är ett grus med mycket fri glimmer. Prov K18 har låg halt glimmer och har en kornform som ligger nära naturgrus. 19

20 Passerar [%] Kornstorleksfördelning Kornstorleksfördelningen i en ballast kan beräknas genom med hjälp av en hålsikt genom bildbehandling eller med hjälp av en lasersikt. Bildbehandling kan antingen göras på liggande korn men en ny metod som kommer allt mer är att med hjälp av en kamera ta bilder av fallande korn och analysera dessa bilder med bildbehandling. De olika metoderna ger inte samma resultat. Vid vanlig siktning mäter man hur mycket av partiklarna som passerar en viss hålöppning. Om man jämför en rund, flakig och stänglig partikel så kommer antalet korn per viktenhet att bli större för de flakiga och stängliga. Detta kan man visa genom att för hand dela upp ett ballastparti och sedan jämför vikt och antal partiklar. Med flakiga partiklar blir antalet partiklar väsentligt större. Lasersikt gör om alla korn till runda och beräknar sedan fördelningen. Detta medför exempelvis att alla glimmerkorn beräknas som runda vilket i sin tur gör att finballast med mycket glimmer till synes blir mera grovkornig. Skillnaden mot vanlig sikt är att man med lasersikt räknar kornen individuellt (partikel %) medan den vanliga sikten ger vikt % Traditionell siktning Resultat från "vanlig siktning av 0-2 mm fraktionen är redovisad i Figur 5. Det visar att variationen är mycket stor. Exempelvis så kan andelen filler variera mellan någon procent upp till 30 viktprocent. Naturgrus har oftast en halt av filler runt 5 vikt % i 0/2 fraktionen medan krossballasten generellt har en halt av filler över 10 vikt %. Det tjocka röda strecket (GK A) visar vad man för ansåg att den övre tolererbara mängden filler låg. Med hjälp av flytmedel kan man dock idag acceptera större mängd filler. Den högre halten av filler i krossberg kommer att påverka arbetbarheten och detta måste beaktas vid proportionering eller så måste man i extrema fall på något sätt exempelvis genom tvättning eller vindsikt minska mängden GK A N1 K1 K3 K5 K7 K9 K11 K13 K15 K19 GK B N2 K2 K4 K6 K8 K10 K12 K14 K Sikt [mm] Figur 5. Kornstorleksfördelning enligt hålsikt.n = Naturgrus, K = Krossprodukter GKA och GK2 är rekommenderade gränsvärden för naturgrus. 20

21 Passerande (%) Lasersikt I krossballast är generellt mängden filler hög, varför man för bra proportionering måste få mera information. Med hjälp av lasersikt kan man få en uppfattning om fördelningen av partiklar i fillerfraktionen. Resultaten visar liksom vid vanlig siktning att det finns en stor variation (Figur 6). I flera material innehåller 0-0,250 mm fraktionen närmare 20 % material som är finare än 10 µm. Vid utvärderingen av en lasersiktkurva bör man betänka att alla korn värderas utifrån sin största yta, dvs. man överskattar kornstorleken i de fall kornen avviker från sfärisk form. Det finns en stor variation i finpartikelfördelning mellan olika prov. Detta är även fallet när det gäller naturgrus (Figur 17 i CBI-rapport x:2010) som kan innehålla vittringsleror. Det finns en korrelation mellan ultrafina partiklar (<10 µm) och BET-ytan men det finns signifikanta avvikelser beroende på att BET-ytan är känslig och även indikerar med leror. Värdena från lasersikt kan korreleras med det från Sandekvivalent och BET-yta där mycket ultrafint material ger en hög BET-yta och ett lågt värde på sandekvivalent. Typen av ultrafint material är viktigt. Om det består av leror ger det problem med den färska betongens rörlighet medan om det ultrafina materialet består av kubiska korn av fältspat eller kvarts kan användas för att spara cement (se senare). Vad det ultrafina materialet består av kan identifieras med hjälp av mikroskopi eller röntgendiffraktion. Med hjälp av vindsiktning eller tvättning kan man ta bort eller reducera mängden finmaterial N1 (2650 m2/kg) N3 (2343 m2/kg) K25 (3735 m2/kg) K27 (1330 m2/kg) K29 (1000 m2/kg) K31 (995 m2/kg) K33 (1593 m2/kg) K35 (699 m2/kg) K39 (1623 m2/kg) N2 (3845 m2/kg) K24 (1671 m2/kg) K26 (5097 m2/kg) K28 (1910 m2/kg) K30 (1057 m2/kg) K32 (3224 m2/kg) K34 (547 m2/kg) K38 (2089 m2/kg) K40-3 (1648 m2/kg) K41-1 (917 m2/kg) K44 (11740 m2/kg) K45 (754 m2/kg) K47 (1792 m2/kg) K51 (1181 m2/kg) K55 (1082 m2/kg) K57 (1448 m2/kg) K59 (1619 m2/kg) K46 (11320 m2/kg) K m2/kg K52 (2233 m2/kg) K56 (969 m2/kg) K58 (1051 m2/kg) K60 (737 m2/kg) 0 0, Kornstorlek (µm) Figur 6. Kornstorleks fördelning för material som passerat 0,25 mm sikt enligt lasersikt. I volym %.Värdena inom ( ) är BET-yta. 21

22 3.4 Ställföreträdande metoder Med ställföreträdande metod menas en metod som inte direkt mäter en egenskap utan en grupp av egenskaper. De ställföreträdande metoderna kräver därför en tolkning Flödestal Flödestal är en indirekt metod för bestämning av kornform men den påverkas även av kornkurvan. Flödestalmetoden bygger på att hälla ballast genom en tratt och mäta den tid som det tar för materialet att passera. Metoden finns beskriven i SS-EN Det finns två standardiserade trattar för grov respektive finballast men man kan in princip själv finna en lämplig tratt för jämförande provning och kvalitetsuppföljning. Två varianter är ASTM C1252 och en metod från Nya Zeeland beskriven i NZS Enligt standard EN standard skall fillerfraktionen (< 0,063mm) siktas bort medan den i. Finpartiklarna har en tendens att blockera flödet men man kan köra med filler även om värdena blir något osäkra. Undersökningar av flödestal (kapitel 4.2 i 2011) visar att det ökar med ökande mängd finmaterial och med ökad råhet och flakighet. Långa flödestider, flödestal, indikerar, grövre och mera flakiga/stängliga fragment. Med framsiktade partikelintervall så får man en distinkt korrelation med kornform. Även höga fillerhalter ökar flödestalet. Detta medför att man får en god uppfattning av ett grus lämplighet för betong om fillern är bortsiktad. Vilken effekt graderingen har beror på trattens geometri varför man prova ut en tratt som passar syftet Packning Hur fragment packas är ett resultat av kornkurva och kornform. Metod finns beskriven i SS EN Resultat finns redovisade i kapitel i CBI rapport Speciellt lös packning med framsiktade fraktioner ger en bra indikation kornform. Detta beror på att runda partiklar lättare kan röra sig mot varandra och att friktionen blir lägre. Stängliga och flakiga partiklar spärrar varandra (som i plockepin) vilket gör ett sådant material packar sig sämre. Vid hårdare packning som vibrering eller kompaktering så minskar relativa effekten av kornform. Teoretiskt, om man placerar varje korn för sig, skulle flakiga partiklar packa sig bättre än runda men med flöde av partiklar ner i ett kärl blir det tvärt om. En kontinuerlig kornkurva ger också en bättre packning då de mindre kornen kan fylla hålrum mellan de större. En låg % hålrum indikerar därför generellt ett bra grus. För att renodla formfaktorn så kan man sikta upp materialet och undersöka varje fraktion för sig. I försöken med packning så har vi mätt både lös packning och kompakterad packning. Vi har även mätt packning för hela 0-2 mm materialet och enskilda fraktioner. Man kan finna en korrelation mellan packning och mängd glimmer (kapitel i CBI rapport 1:2008). Packning och då framför allt för grovballast (>4 mm) används ofta som ingångsvariabel i proportioneringsprogram (de Larrard & Sedran 2002) Specifik yta-bet yta BET-ytan bestäms genom att mäta mängden på ytan adsorberad gas, i undersökningarna kvävgas. 22

23 Då BET-ytan mäts som m 2 /kg material så kommer förutom många små korn även flakiga, stängliga, porösa och råa ytor att ge ett högre värde. Man väger in en viss mängd och då man på en viss vikt får fler korn av glimmer än mera kubiska mineral så kommer en stor mängd glimmer att ge en större BET-yta. Även en skrovlig eller rå yta ger högre adsorbtion. Undersökningarna har även visat att leror ger en hög absorbtion. Då inte nödvändigtvis dessa har en så mycket större yta indikerar detta att lerorna absorberar mer per ytenhet. BET-ytan är en variabel som är viktig för initialanalysen och som ett komplement om en viss ballast plötsligt får problem. Vi har mätt på 0-0,25 mm fraktionen där normalvärdet ligger strax under 1000 m 2 /kg. Om värdet ligger över 2000 så ger ballasten ofta problem. De naturballastmaterial (7 st) som undersökts inom projektet har samtliga en specifik yta större än 2000 m 2 /kg. Detta beror antagligen på att naturballast innehåller leror från vittring medan krossballast i allmänhet inte varit utsatt för vittring. Mängden filler i naturballast är dock i allmänhet för liten för att lerorna skall ge problem. I ett fall med krossgrus (K8) gav finmaterialet ett hög BET-yta (kapitel i CBI rapport 2008) och gav besvärlig reologi. Detta berodde på att graniten var hydrotermalt omvandlad och innehåll ultrafin sericit (ett lermineral). Sericiten,, som är en omvandlingsprodukt från kalifältspat, gav även ett lågt värde på sandekvivalent testen. Tvättning avlägsnade sericiten och reologin blev bra Försöken har visat att ballast med hög BET-yta generellt ger problem med arbetbarheten. Det tillsammans med Sandekvivalent-test är därför en bra indikativ metod på att det finns problem som måste åtgärdas Sandekvivalenttest Sandekvivalenttesten (SS-EN 933-8) är en sedimentationstest för finballast som i första hand mäter mängden filler och då speciellt ultrafint material (Figur 7). Metoden finns beskriven och resultat är redovisade i kapitel i CBI rapport 2008 och i 4.1 i CBI rapport I princip mäter man och jämför mängden slampelare med snabbare sedimenterade grövre partiklar. Detta får man inte fram vid vanlig siktning och testen kan delvis ses som ett komplement till BET-yta och lasersikt. Det är en ganska enkel test och kan användas vid rutintestning om det är problem med fillerhalten och kvalitén på denna. Tidigare ansågs att om sandekvivalenttesten gav ett värde på under 60 så var sanden olämplig för betongtillverkning och att gruset borde tvättas. Detta gäller emellertid inte idag då man med hjälp av flyttillsatsmedel kan hantera mera finmaterial och även använda finmaterialet för att minska mängden cement. Mängden glimmer har ingen signifikant inverkan på SEvärdet (Figur 98 i CBI rapport 2008). Om sandekvivalentvärdet är lågt bör man göra en mineralogisk undersökning med röntgendiffraktion och/eller metylenblåundersökning för att utröna om det kan beror på skadliga leror. När det gäller användandet av SE-testen så kan man anse att det är en generell test och värdet bör vara relativt konstant över tid. Om det stiger eller sjunker markant så säger detta att något skett och att man kan behöva justera receptet. Låga värden kräver generellt mera superplasticerare för att uppnå en bestämd arbetbarhet. 23

24 SE- värde [%] Samtliga Exkl. tvättade R 2 samtliga = 0.77 R 2 exkl. tvättade = Andel partiklar< 10 µm [%] Figur 7. Inverkan av andel finpartiklar mindre än 10 µ (lasersikt) på sandekvivalent (SE-) värde. 3.5 Speciella metoder för karakterisering av filler Fillern och kvalitén på fillern är mycket viktig. Idag, på grund av de allt effektivare superplasticerarna är det möjligt att använda ganska stor mängd filler i betong. En ökad mängd filler ger mera pasta som i sin tur lösgör de grövre partiklarna och underlättar arbetbarheten. Detta är ett grundkoncept vid tillverkning av självkompakterande betong. Man kan även spara cement genom att öka mängden filler (se kapitel xx) under förutsättning att fillern håller en god kvalité. En bra kvalité innebär att partiklarna skall vara skall vara kubiska. I fillerfraktionen är fragmenten enskilda mineral. Fältspat, kalcit och kvarts ger generellt bra filler medan glimmer och leror ger upphov till problem. Med hjälp av lasersikt kan man få fram kornfördelningen inom fillerfraktionen. Detta indikeras även av BET-ytan men här måste man beakta att lerpartiklar ger en extra stor yta. Lerpartiklar och då speciellt skadlig svällande lera identifieras genom test med metylenblått. Röntgendiffraktion ger ge en bra indikation på vad fillern innehåller. Det finns även en del specialtester för filler. Dessa tester kan även användas för puzzolaner som utan cement är vanliga partiklar. De baseras på vattebehov för pulvermassor och är beskrivna i Hunger & Browers (2009) och i kapitel 4.5 i CBI rapport I de utförda undersökningarna har allt material under 0,125 mm undersökts. 24

25 vatten / pulver kvot Vattenbehov-Puntke test Testen baseras på att mäta vattenbehovet och mätvärdet visar när pulvermassan är vattenmättad (Kapitel i CBI rapport 2011). Ett mindre vattenbehov indikera bättre filler. Ett lågt värde indikerar att fillern är relativt grov. Mycket ultrafint material, flakiga partiklar och leror ger ett högt värde Vattenbehov-Utflyt Testen bygger på att man först vattenmättar en pulvermassa och därefter ökar mängden vatten och mäter utflytet (kapitel i CBI rapport 2011). Detta ger en rät linje och man registrerar skärningspunkten för vatten/pulvertalet vid 0 utflyt. Utflytstesten ger i princip liknande resultat som Puntke testen men med större precision. Vid värden högre än 0,4 bör man undersöka orsakssammanhangen. Resultat från en serie tester syns i Figur 8. Generellt så överensstämmer resultaten med de andra undersökningarna. Material med mycket glimmer och lera som ger sämre reologi ger högre värden. Lägst vattenbehov har relativt grovkornig filler. Testen är intressant som komplement till sandekvivalenttesten indikerar mängden ultrafint material men som inte tar hänsyn till kornform. För att få fram kvalitén på det ultrafina materialet så behövs mineralogisk klassificering. 0,55 0,50 0,45 K3 k56a k56b k27 0,40 k57 0,35 0,30 0, Utflyt (r/r0)^2-1 K4 K48 K41-2 K29B Figur 8. Utflytsmätningar för olika filler 0-0,125 µm (hålsikt) 25

26 4 Arbetbarhet Färsk betongs arbetbarhet är komplext och de önskade gjutegenskaperna beror på applikation. Den vanligaste metoden att mäta arbetbarhet är sättmått men den ger inte hela bilden. Andra metoder är utflyt eller omformningstal. Man måste emellertid även beakta fenomen som sammanhållning, separation etc. Den metod som ger bäst information om betongens arbetbarhet är en viskosimeter som mäter reologin. Viskometern ger Bingham-parametrarna, flytgränsspänning och plastisk viskositet, där den förstnämnda ger den spänning i bruket som måste överskridas för att massan skall börja flyta. Den plastiska viskositeten är ett mått på brukets inre friktion och beskriver hur lätt (snabbt) massan flyter. Sättmåttet beskrivs bäst av flytgränsspänningen medan omformningstalet ger mera av den plastiska viskositeten. Krossballast och dess egenskaper påverkar främst den plastiska viskositeten. Krossballast är generellt flakigare än naturballast. Detta medför att vattenbehovet ökar och därmed även mängd cement. Grunden i detta är att flakigare och kantigare korn kräver mera av relativt finare material och i slutändan måste man därför öka mängden cement. Detta är emellertid inte helt giltigt i och med att man idag har tillgång till effektiva flytmedel. Dessa har gjort att man utan att öka mängden vatten kan öka andelen finkornigt material. Detta medför att om man proportionerar korrekt och utnyttjar flytmedel kan tillverka betong med helkross utan att behöva öka mängden cement. För att kunna proportionera betong behöver man förstå effekten av olika storleksfraktioner. I de olika försöken har projektet arbetat från mikrobruk (0/0,25 mm) till bruk (0/2mm) och uppåt i graderingarna till betong (0/16mm). Resultaten visar att när det gäller krossballast så hänger problemen samman med finmaterialet (CBI rapport 1:2008, Yousif 2006) I princip kan man rädda en dålig grovballast med bra finballast och en dålig finballast med bra filler. Detta medför att det mesta arbetet har koncentrerats på bruk med ballast i 0-2 mm fraktionen. 4.1 Bruksblandningar Ett flertal försök har gjort i både det gamla projektet rapporterat i kapitel CBI-rapport 2008 och i kapitel 5 i CBI rapport Arbetbarheten in diagrammen uttryckt som reologi beror på kornsorteringskurvan och kornformen. I Figur 9 visas en sekvens olika prov av bruksblandningar från krossballast (0-2 mm). Betongförsök inkluderade en del av resultaten från bruksblandningarna visar att ett besvärligt bruk ger en besvärlig betong. De olika proven från krossprodukter (huvudsakligen graniter) är undersökta dels som de kommit till CBI dels som omsiktade till en kornkurva liknande den hos naturballast. I de omsiktade materialen så har framför allt mängden finmaterial minskats. Detta visar att den ursprungliga partikelfördelningen inte är optimal. Den visar också att man får en stor variation med omsiktat material vilket visar på effekten av kornform. Naturballast ger generellt den bästa arbetbarheten/reologin men det finns krossprodukter som är lika bra och som direkt kan ersätta naturgrus speciellt on mängden finmaterial minskas. 26

27 Yield Stress [Pa] Yield stress [Pa] Flytgränsspänning [Pa] 2011 Genom att höja mängden superplasicerare är det möjligt att acceptera mera finmaterial vilket i sin tur gör att man kan sänka cementhalten (kapitel 6). Med för lite finmaterial och superplasticerare finns risk dålig sammanhållning något som viskosimetern inte registrerar. I Figur 9 kan man observera en del prov med mycket hög flytgränsspänning. En närmare granskning visade att dessa prov hade ett lågt sandekvivalentvärde och hög BET-yta. Problemet berodde på att fillern var olämplig på grund av höga halter lera Optimerad gradering Ursprunglig gradering Plastisk viskositet [Pa s] Figur 9. Flytgränsspänning och plastisk viskositet för ursprunglig och anpassad gradering.0-2 mm. I diagrammet finns även 5 punkter med avvikande flytgränsspänning som ligger utanför normalvärdena. De avvikande värdena beror på extrem filler (se text). Arbetbarheten kan även minskas med hjälp av superplasticerare. Figur 10 a och b visar att en bestämd mängd superplasticerare sänker både flytgränsspänningen och den plastiska viskositeten hos alla proverna. Med superplasticerare så får en del krossgrus liknande egenskaper som naturgrus. Närmare undersökningar visar dock att man kan få problem med vattenseparation om man minskar mängden finmaterial/filler och samtidigt använder superplasticerare. 10a Effect of SP - Original Grading 10b Effect of SP - Grading Natural aggregate No SP 2 ml SP 300 No SP 2ml SP Natural aggregate Plastic viscosity [Pa.s] Plastic viscosity [Pa.s] Figur 10a och b. Effekt av superplasticerare på flytgränsspänning och plastisk viskositet. Figur a med ursprungsgradering och Figur b med omsiktat material 27

28 Utbredning, cm 2011 Reologin kan även utvärderas med hjälp av en liten sättkon (Hägermankon) eller med rinntid i en tratt (kapitel 3.2 i CBI-rapport 1:2008. Man kan mäta både utbredning och rinntid på prov som sådana eller utvärdera med utgångspunkt från behov av flytmedel för att uppnå ett visst värde. Dessa metoder ger inte samma precision som viskosimetern men det är relativt enkla metoder som kan användas vid betongfabrik. Resultaten från utbredningsmått är redovisat i Figur 11. Skillnaderna mellan de olika proven överensstämmer med viskometervärdena och då främst flytgränsspänningen som relaterar till sättmått. Rinntiden kan korreleras med den plastiska viskositeten (kapitel 4.7 i CBI rapport I Figur 11 kan man också observera skillnaden mellan olika flytmedel. De moderna superplasticerarna baserade på karboxylater är signifikant dyrare än äldre baserade på melamin men betydligt effektivare. 40 N2-karboxyl N2-melamin K3-karboxyl K3-melamin Utbredning K8-karboxyl K8-melamin K7-karboxyl K7-melamin K1-karboxyl K1-melamin K4-karboxyl K4-melamin K2-karboxyl K2-melamin ,2 0,4 0,6 0,8 1 flytdos, % Figur 11. Utbredningsmått med Hägermankon. För uppställning se kapitel 3.3 i CBI rapport 1: Mikrobruk (<0,25 mm) Omsiktningen av 0-2 mm fraktionen visade att man kan förbättra arbetbarheten genom omsiktning som huvudsakligen minskade mängden finmaterial och filler. Därför utfördes också en serie försök med 0-0,25 mm fraktionen. I försöken varierades mängden finmaterial, cement och vatten. 28

29 Flytgränsspänning [Pa] 2011 Resultaten(se Figur 9) visar att vid konstant vct så tål mikrobruket endast en viss mängd finmaterial innan reologin försämras. Med 13,3 vikt % filler så blir inverkan på reologin mycket liten medan med 26, 1 vikt % finmaterial i blandningen så varierar reologin kraftigt. Detta visar att man inte endast kan utgå från mängden finmaterial utan även måste bestämma kvalitén på finmaterialet. Kvalitén beror som för grövre ballast på kornform och kornkurvan. De prov som ger höga värden innehåller generellt mycket flakig biotit. Dessa försök är gjorda utan flytmedel. Med hjälp av flytmedel kan man acceptera större mängd filler i mikrobruket. För att bruk och betong skall ha bra arbetbarhet så behöver man en viss mängd mikrobruk för att frigöra de större partiklarna från varandra. Med besvärligt finmaterial behöver man relativt mera cement/vatten eller en högre dosering av flytmedel för att få bra rörlighet N1 K1 K3 K5 K7 K9 K11 K13 K15 K18 N2 K2 K4 K6 K8 K10 K12 K14 K17 K Plastisk viskositet [Pa s] Figur 12. Mikrobrukens flytgränsspänning avsatt mot den plastiska viskositeten vid 13,3 (inom heldraget område) respektive 26,1 (inom streckat område) vol. - % finmaterial. 29

30 5 Rekommendationer 5.1 Proportionering Krossballast avviker från naturballast genom att den är kantigare och ofta flakigare än naturballast. Dessutom så är ofta kornsorteringen inte optimal utan måste anpassas. Ett grundkoncept för proportionering finns i kapitel 1.1. I grunden gäller det att finna en optimal gradering och kubiska runda korn i alla fraktioner. Idag proportioneras i Sverige med utgångspunkt från krossballast i fraktionen över 8 mm och med naturgrus i fraktionerna under 8 mm. Med helkross så måste man antagligen för optimal proportionering dela upp i flera fraktioner. I det genomförda arbetet har materialet delats upp i grovmaterial ( >4mm ), grovfinballast (2-4 mm), bruksfas (0-2mm) mikrobruk (0-0,2mm och filler (<0,063 mm) för att kunna utreda betydelsen av de olika fraktionerna. Krossballast med flakiga och kantiga partiklar behöver mera finmaterial och i slutändan mera pasta för bra arbetbarhet. Detta medför att när det gäller grovballasten så kan man justera för krossballast grövre form genom att mäta lös packning där flakigare och råare korn ger sämre packning. Detta är den vanligaste metoden. Man kan även mäta flakigheten med hjälp av spaltsikt. Genom att mäta lös packning på olika fraktioner, 0-D max. 0-4 mm 0,125 till 2 mm kan man räkna fram hur den optimala kornkurvan för detta material bör se ut. För att kunna utnyttja detta måste man använda flere fraktioner vid proportionering än vad man gör idag. Teoretiskt borde man kunna mäta kornform och använda detta för proportionering men de idag existerande programmen använder packning. Figur 12 visar hur bruks (0/2 mm) plastiska viskositet förändras med ökande mängd vid olika vct. Flygränsspänningen, motsvarar sättmått, hos de olika bruken styrdes med hjälp av flytmedel till samma värde. De tre olika ballasterna har olika kvalité framför allt orsakat av flakiga partiklar. Kornform och mineralogi finns redovisat i Tabell 1 och är diskuterat nedan. Diagrammet visar att man för ett givet vct måste tillföra mera cement (och vatten) med sämre grus för att få samma plastiska viskositet. Detta visar också att man med flytmedel relativt enkelt kan sänka flytgränsspänningen men att det är svårare att få ner den plastiska viskositeten. En konsekvens av detta är att man om inte cementhalten höjs med försämrad kvalité på ballasten så blir betongen seg och flyer ut långsamt. 30

31 Plastisk viskositet [Pa s] Plastisk viskositet [Pa s] Plastisk viskositet [Pa s] N1 K3 K vct vct 0.45 vct vct 0.55 vct 0.45 vct 0.40 vct 0.45 vct vct 0.55 vct ,70 vct ,70 0 vct Cementmängd [kg/m 3 ] Cementmängd [kg/m 3 ] Cementmängd [kg/m 3 ] Figur x. Plastisk viskositet för N1 (naturgrus), K3 och K4 vid konstant flytgränspänning och olika Figur 13 Plastisk viskositet för bruk med N1, K3 och K4 vid konstant flytgränsspänning och cementmängder. olika cementmängder. Det gjordes en serie betongförsök av Schwan (2006) med ett naturgrus och tre olika bergkrossmaterial från granitiskt berg. Betongen 0/16 mm innehöll 310 kg byggcement och hade ett vct på 0,68. Krossballasten hade olika kvalité framför allt på finballasten (0-2 mm). Kornformen hos de tre materialen finns i Tabell 1. Ballasten är relativt lik i kornform ner till ca 1 mm, varefter K4 blir distinkt mera flakig beroende på hög stor mängd biotit. Prov K2 är mera flakig och innehåller mera biotit än K3 som i reologi och betongtesterna är ett av de bästa materialen som analyserats. Med de tre krossballasterna har det tillverkats betong (husbyggnadsbetong) med samma recept men där proportionerna mellan olika fraktioner förändrats. Figur 14 visar resultat i form av sättmått. Utan flytmedel gick det inte att tillverka betong av K4. Prov K3 ger bättre sättmått än K2. Betongerna får ett högre sättmått med ökad mängd grovt material. Figur 15 visar relativt flytmedelsbehov för att uppnå ett sättmått på 200 mm. Det visar att man kan utan partikelgap tillverka betong även av det krossmaterial som har sämst finmaterial men att det kräver mycket hög halt av flytmedel. Detta medför en kostnad och det ger en retardation. Dessutom får betongen en hög plastisk viskositet, dvs den är seg. Den plastiska viskositeten får man även fram med omformningstal. Det blir ett liknande resultat som redovisas i Figur 13. Mera finmaterial kräver mera flytmedel speciellt med sämre finmaterial. Alla de tillverkade betongerna hade ungefär samma tryckhållfasthet. Problemen med finballasten kommer att accentueras med anläggningsbetong då vattenhalten i denna är lägre och att finmaterialets kornform och kvalité därmed kommer att bli allt viktigare. 31

32 Flytmedelsdos % 2011 Figur 14. Ökning av sättmått för husbyggnadsbetong. Inget flytmedel Från Schwan (2006). Med material K4 kunde man inte tillverka betong. 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 Gladö Kolmetorp Kleva Grundrecept Grundrecept Grundrecept Linjär (Kolmetorp) Linjär (Gladö) Grundrecept Linjär (Kleva) R 2 = 0,8253 0,8 0,6 0,4 0,2 Grundrecept Grundrecept R 2 = 0,7019 R 2 = 0,5745 0, Andel (0-2) mm % Figur 15. Flytmedelsbehov för att uppnå sättmåttet 200 mm med olika typer av ballast. Från Schwan Rekommendationer grov ballast Runda eller kubiska partiklar kräver minst finmaterial för att ge en bra arbetbarhet. Enklast är att göra lös packning på grovballasten (>4mm). Packningen registrerar också kornkurva. 32

33 Generellt ger bra lös packnig en lämplig ballastsammansättning. För närmare utredning kan man sikta upp materialet och göra packningsförsök för varje fraktion för sig. Packningsvärden används oftast som ingångsdata i proportioneringsprogram. Man kan emellertid även mäta kornform eller använda spaltsikt. För kvalité test är antagligen spaltsikt enklast. När det gäller grovballast kan man relativt enkelt lära sig att med det nakna ögat bedöma kornform. 5.3 Finballast Som finballast räknas alla partiklar som passerar 4 mm sikten. Med hjälp av lös packning eller antingen på hela kurvan eller för enskilda fraktioner kan man få en uppskattning av kornform. Med hjälp av spaltsikt kan man ganska bra få fram kornform ner till ca 1 mm. För att underlätta testning och provtagning kan man betrakta 2-4mm som en fraktion, 0,125-2 mm som en annan och allt material under 0,125 mm som en tredje. Försök (Kapitel 5.3 i CBI rapport 2011) visar att runt vikt % av 2-4 mm är optimum i 0-4 mm fraktionen. Över detta så ökar framför allt den plastiska viskositeten. Praktiska försök visar också att sammanhållningen försämras vid högre halt 2-4 mm. Även 2-4 mm fraktionen bör vara kubisk. Som visats tidigare så varierar 0-2 mm fraktionen kraftigt (Figur 9). Generellt vet man att den är bra om alla partiklarna är kubiska men så är oftast inte fallet speciellt i de finare fraktionerna med monomineraliska partiklar. Om 0-2 mm fraktionen är bra kan man ganska enkelt verifiera detta med hjälp minislump eller rinntid av standardbruk. Man kan även få fram kvalitén på 0-2 mm genom att mäta rinntid eller genom packning och då speciellt lös packning. För att närmare utvärdera finmaterialet måste man dela upp det. En sådan uppdelning är 0-0,125 mm och 0,125 till 2 mm. Fraktionen 0,125 till 2 mm kan utvärderas genom lös packning eller rinntid för ren ballast. Sambandet mellan dessa utnyttjas för utvärdering på Nya Zeeland (Day 1999). Detta är en till synes enkel metod men det finns problem (CCAA 2007). För att den skall ge bra resultat så fordras att man siktar bort fillerfraktionen då för höga halter filler ger samma resultat som grövre ballast dvs. ett högre flödestal. Det blir då enklare att använda packning och hålrum direkt. För mera avancerad analys kan man köra provning där allt material under 0,125 (eller 0,063 mm) har siktats bort och detta material analyseras för sig. I detta fall ger både packning och flödestal och i kombination en bra indikation på både kornfördelning och kornform. 33

34 Flödestid [s] 2011 Material Grov-dålig arbetbarhet voids [%] Dålig gradering eller kornform Fin- dålig arbetbarhet DINsand N3 K27 K29 K40-3 K41-1 K41-2 K48 K51 K55 K59 K57 K60-1 Figur 16.Samband mellan ballastkvalité flödestal och packning enligt Day Ny bättre bild kommer. Samband mellan flödestal och packning vid CBI tester. Fillern är ej bortsiktad. Ny bättre bild kommer. De tester som anges i ballaststandarden är förutom siktkurvan Sandekvivalenttesten och Metylenblåtesten. Sandekvivalenttesten bedömer inte kornform utan ger en indikation på mängden filler och då speciellt mängden ultrafiller. Om sandekvivalenttalet blir lågt så måste man utvärdera orsaken. Om fillern är av god kvalité kan man utnyttja överskottet till att reducera mängden cement (kapitel 6) men om det är av dålig kvalité så måste man reducera mängden genom tvättning eller vindsikt. Metylenblåtesten (MB) ger en indikation på mängden lera och då speciellt svällera i fillerfraktionen. Det är en för betong viktig analys då för höga halter svällera kan be problem med beständigheten. Det är en viktig analys för karbonat och basiska bergarter men ger sällan någon väsentlig information om kvalitén på granitiskt berg. Med granitiskt berg får man en viss mindre förhöjning av MB om fillern innehåller mycket ultrafint material och glimmer, men det är svårt att utvärdera Kornformen är viktig för finmaterialet. Det mest exakta sättet är att mäta kornformen i alla fraktioner men detta är en kostsam analys och rekommenderas därför endast för en grundläggande analys. I finfraktionerna ges flakigheten till största delen av biotit eller något annat flakmineral som klorit. Ner till ca 0,125 mm så kan man räkna för hand men det blir allt svårare ju mindre korn man har. Kvalitén på finmaterialet kan även relativt enkelt utvärderas genom antingen en brukstest eller genom en vattenbehovstest enligt Puntke eller genom en utflytstest (Kapitel 3.4.5). Med utgångspunkt från en mera grundläggande petrografisk analys blir det enklare att finna en mera exakt produktionskontrolltest. 5.4 Förbättringsåtgärder Resultaten visar att arbetbarheten är relaterad till kornkurva och kornform. För att få en optimal betong med så lite cement som möjligt så skall all partiklarna vara runda/kubiska ända ner i fillerfraktionen. Med mera kubiska partiklar minskas behovet av pasta och därmed 34

35 cement. När det gäller grövre ballast så vet man sedan länge att VSI-krossning en mera kubisk produkt som är bättre för betongtillverkning. Effekten av VSI-krossning för finballast har undersökts av Quist & Evertsson 2010 och Åkesson & Tjell Effekten har från en del försökskrossning utförd av industrin har utvärderats hos CBI och resultaten finns redovisade i CBI-rapport x:2011. I rapporten av Quist och Evertsson är en av slutsatserna att VSI-krossning ger bra resultat och mera kubiska partiklar ner till cirka 0,4 mm. I Arbetet från Åkesson och Tjell som analyserat resultatet med bildbehandling visar de på bra resultat ända ner i fillerfraktionen. I det material som undersökts på CBI påvisas mera kubiska partiklar i fraktionerna större än ca 0,4 mm. Det verkar som om VSI-krossning eller bearbetning ger bättre partiklar ner till mineralgränsen, dvs. till den partikelstorlek där fria mineral börjar dominera. En nackdel med VSI-krossning som de uppmärksammat i Norge (Wigum et al 2009) är att metoden producerar mera finmaterial både mindre än 4 mm och mera filler. En annan enkel metod är vindsiktning. En vindsikt använder ett cirkulerande luftflöde för att separera partiklar. Olika vindsiktar och metoden finns beskrivna i Wigum et al (2009). Finare och lättare partiklar separeras från de större och tyngre och kan samlas upp separat. Man kan även separera pariklar genom att använda vatten. Genom att ställa om maskinen kan man separera på olika storlek. Detta är en metod som relativt enkelt kan minska den ofta för stora mängden filler. Genom att sätta ihop olika fraktioner kan man få en optimal kurva. Vindsikten kan även användas för att minska mängden glimmer. Glimmerflaken är relativt lätta och anrikas därför i de finare fraktionerna. Detta medför att, om man jämför med en vanlig sikt, mängden glimmer ökar i de finaste fraktionerna (se Figur 1-13 i CBI-rapport x:2010). Metoden för att minska mängden glimmer blir därför att vindsikta materialet och sedan ta bort den eller de finaste fraktionerna och ersätta det med annat material. Det måste dock utprovas för varje täkt för sig och beror på i vilken fraktion som glimmern sitter. I många fall kan ballastens egenskaper förbättras med hjälp av tvättning (kapitel i CBI rapport 1:2008). Om ballasten innehåller leror eller omvandlade partiklar i fillerfraktionen ger tvättning oftast bra resultat. Att bara ta bort de finaste partiklarna kan ibland vara bra men om fillern är bra kan man utnyttja den för att sänka cementhalten. Ett bra granitiskt filler innehåller huvudsakligen kvarts och fältspat. Hornblände är oftast inget problem. Glimmer kan även floteras men det är antagligen en för dyrbar metod. Flotering är en metod som används av gruv- och mineralindustrin och bygger på att luftbubblor transporterar mineral specifikt till ytan där det skummas av. Genom olika kemikalier så kan man påverka mineralytan så att det specifika mineralet fastnar på bubblorna. Flotation av glimmer är en utarbetad teknik. Om glimmern är en biotit kan man ta bort den med magnet. För effektiv sortering i finfraktionen krävs antagligen magnetseparation i vatten vilket skulle göra det till en antagligen för dyr metod. 35

36 Flytgränsspänning (Pa) Flytgränsspänning (Pa) Cementreducering I den färska betongen är cement en partikel. Den absorberar en del vatten och bildar på ytan en tunn hinna av cementhydrat (Lagerblad & Fjällberg 2008) men i praktiken är den en partikel. I Storleksordning ligger cementpartikeln i fillerfraktionen (<0,063mm). Detta medför att man måste räkna in den i mikrobruket eller som det ofta kallas matrisfasen. Matrisfasen innehåller även förutom cement och filler även vatten. I praktiken använder man ofta benämningen filler på fraktionen 0-0,125 mm och att alla partiklar och vatten under 0,125 mm tillhör matrisen. För att få en cementsnål betong så gäller det att minska matrisfasen. Detta sker genom en optimal kurva och så runda korn som möjligt. Detta gäller i alla fraktionerna från sten ner till filler. Figur 17a visar reologi på fyra olika 0-2 mm grus. De är omsiktade till fyra olika kornkurvor. Dessa visar att man kan sikta om så att man får lägre värden både på flytgränspänning och plastisk viskositet. Det ligger dock fortfarande kvar en skillnad som beror på kvalité på ballasten. En reducering av mängden cement ger ungefär samma resultat på reologin som sämre finballast (Figur 17b). För att bibehålla styrkan kan man inte endast öka vattenhalten utan man måste även öka cementhalten vilket leder till ökad cementförbrukning. Man kan även påverka de reologiska värdena med hjälp av flytmedel. Slutsatsen är att man måste ha en bra ballast från början för att kunna hålla ner cementförbrukning. Detta kan uppnås genom att välja ett lämpligt berg eller på något sätt förbättra kornformen Gradering o Kurva 1 o Kurva 2 o Kurva 3 o Kurva 4 N1 K20 K23 K22 Spridning Referens -5% cement -10% cement -15% cement o Kurva 1 o Kurva 2 o Kurva 3 o Kurva Plastisk viskositet (Pa s) Plastisk viskositet (Pa s) Figur 17a. Inverkan av ballastmaterial 0/2 mm graderingskurva på bruks reologiska egenskaper. Bruk utan flytmedel. De olika ballastmaterialen har olika kornformviket återspeglas i högre reologivärden.f min /F max (0,125-0,250 mm) N1 = 0,62, K20 =0,55 K22 = 0,45 K23 = 0,57. Figur 16 b. Inverkan av cementreduktion (Byggcement, Skövde) vid konstant vct på cementbruk innehållande 0/2 mm ballast från K20 med olika graderingskurvor. Med hjälp av superplasticerare är kan man förbättra de reologiska egenskaperna. Figur 18 visar effekten av flytmedel (karboxylatbaserad superplasticere). Bruket retarderar något och 36

37 Flytgränsspänning 2011 efter en viss dosering så separerar det. Med det magra gruset kan man också få dålig sammanhållning o No SP o 2ml SP o 4ml SP o 6ml SP o 8ml SP o 14ml SP SP Kurva 1 Kurva 2 Kurva 3 Kurva Separation Figur 18. 0Diagram som 2 visar effekt 4 av flytmedel 6 (SP) på 8reologin på mm bruk. 12 Kurva 1 innehåller mest finmaterial medan Kurva 4 innehåller minst. Den runda ovalen visar att bruket separerar. Plastisk viskositet [Pa.s] Med hjälp av superplasticerare är det möjligt att dels acceptera högre halter filler dels tillföra ytterligare filler. Figur 19 visar en serie betongexperiment (0/16 mm) där fillerhalten successivt ökats (Horta 2011). Som filler har använts vindsiktat material från K20 som domineras av material < 0,25 mm. För att få fram effekten av ökad mängd finmaterial/filler gjordes en serie experiment av Horta (2011). Filler-materialet kom från finfraktionen av vindsiktat material från K20. I detta gjordes två serier betong med minskande mängd cement. I den ena serien ersattes cement med filler/finmaterial och vattenmängden hölls konstant vilket innebär höjt vct. I den andra serien tillfördes filler/finmaterial medan vct hölls konstant vilket fordrar en ökad mängd superplasticerare. I detta experiment var finmaterialet/fillern av god kvalité, dvs. kornen var kubiska och mängden glimmer/lera låg. Resultatet visar att man med hjälp av superplasticerare och filler distinkt kan minska mängden cement. Detta medför att man kan acceptera den normalt högre halten av filler i krossgrus och använda denna för att reducera cementhalten. Det fordrar dock att fillern håller en god kvalité. Ett problem är att betongen blir ganska seg varför man måste proportionera med viss försiktighet. 37

38 Tryckhållfasthet [MPa] kg cement 104 kg filler 184 kg vatten vct = 0,68 SP 2,4 g/kg cem kg cement 211 kg w ater vct = 0,68 SP 0,8 g/kg cem 290 kg ocement 51 kg filler 197 kg vatten vct = 0,68 SP 1,6 g/kg cem 290 kg cement 17,2 kg filler 211 kg vatten vct= 0,73 SP 1,4 g/kg cem 270 kg cement 34,4 kg filler 211 kg vatten vct = 0,78 SP 0,9 g/kg cem 10 w /c const. water constant Cement reduktion [kg/m3] Figur 19. Experiment med konstant finmaterial/pasta mängd och där cement och vatten ersatts med extra filler. All ballast från kross (0/16 mm). I en serie av försök (blå linje) ersattes cement och vatten (konstant vct) med finmaterial/filler. I den andra försöksserien så ersattes cement med filler medan mängden vatten hölls konstant (ökande vct). Från Horta Generellt innehåller krossballast mera finmaterial och filler än naturgrus. Dessa experiment visar att det inte behöver vara någon en nackdel. Om fillern håller god kvalité kan man utnyttja den större andelen filler för att ersätta cement men det kräver i allmänhet att man ökar mängden superplasticerare. Vilken effekt det har beror även på fillern och cementets kornstorleksfördelning. Liksom för ballast generellt gäller det att ha en kontinuerlig storleksfördelning. Optimalt bör fillern vara antingen större eller mindre än cementet men det är oftast inte möjligt att styra. Med ultrafina partiklar, partiklar som är finare än cement kan man ersätta närmare hälften av cementet med utan att styrkan minskar (Lagerblad & Vogt 2005, Vogt 2010). Detta är extremt och ultrafina partiklar är dyra men man kan även utnyttja effekten genom att öka finmaterial/filler och minska mängden cement utan att styrkan går ner 38

39 7 Rekommendationer. 7.1 Nyetablering av täkt Även om täkten kan ge en alldeles utmärkt sten så är det inte sagt att stenmjölet får tillräckligt bra egenskaper för att passa till betong. Eftersom fördelningen mellan sten och grus i en betong är ungefär lika stor, så är stenmjölets egenskaper viktiga och man bör ta med stenmjölet vid utvärderingen inför etableringen av en ny täkt. De bergarter som vi har tillgång till är karbonatbergarter, basiska bergarter och granitoida bergarter. Som ett första steg måste man göra en bergartsbesiktning. Bergarter kan även inom en bergartstyp variera ganska mycket. När det gäller karbonatbergarter bör man söka en massiv kalksten. Sedimentära kalkstenar är ofta porösa och kan innehålla olämpliga leror som ger problem med beständigheten. De kan även innehålla alkalireaktiva komponenter både alkalisilika- och alkalikarbonatreaktiva komponenter. En bergartsanalys kan leda fram till att man måste göra en selektiv brytning. Krossprodukten måste därför testas med metylenblå test (SS-EN 933-9) som avslöjar skadliga leror och med en petrografisk test som avslöjar alkalireaktiva komponenter. Även förekomst av magnetkis och sulfatmineral bör testas. Basiska bergarter som diabas, basalt och gabbro är ofta massiva men de kan ha problem med omvandlingar och skadliga leror. En metylenblåtest är viktig. Magnetkis kan förkomma och eventuell förekomst bör undersökas (SS-EN och ). En granitisk eller en granitoid bergart definieras genom att den innehåller fri kvarts som mineral. I övrigt finns det en stor variation. Denna variation kan man även finna inom en täkt. Detta medför att man vid en analys av en krossprodukt från en täkt måste göra en petrografisk analys med avseende på homogenitet eller sammansättning och utbredning av de olika bergartstyperna. Ur beständighetssynpunkt måste man kontrollera alkalisilikareaktiviteten (ASR). Porfyrer och deformerade graniter (myloniter och skiffriga gnejser) kan ge ASR. Man bör även testa om bergarten innehåller magnetkis på grund av risken för sulfatreaktion och då de ger fula ytor. Skadliga leror är sällsynta i granitoida bergarter men kan förkomma om bergarten är hydrotermalt omvandlad. Det största problemet med de granitiska bergarterna är förekomsten av glimmer i finmaterialet. Man bör därför göra en provkrossning och förekomsten av glimmer i 0,125-0,250 mm fraktionen bör vara låg och inte överstiga 10 volym %. Med blotta ögat kan man observera om det förkommer glimmer i de större fraktionerna. Med grovkorniga bergarter kan man finna fri glimmer i fraktioner över 1 mm. Liksom i finfraktioner är det även här negativt för arbetbarheten. Ur praktisk synpunkt kan det vara svårt att finna ett lämpligt lokalt berg. Ofta ligger täkterna också i blandat berg ofta gnejsigt granitiskt berg. Ett sätt att lösa detta skulle kunna vara att bryta selektivt för material som helt krossas ner till under 1-2 mm och använda detta används som finballast. Man kan bryta selektivt inom brottet eller ta material någon annanstans ifrån och använda detta som finmaterial. Det skulle även kunna gå att som är vanligt utomlands att blanda naturgrus och krossat berg till en lämplig sammansättning. 39

40 7.2 Ballastanalys för betongproportionering De generella testerna för beständighet finns redovisade i SS-EN och i Lagerblad Trägårdh (1995). Nedan diskuteras därför generellt det som påverkar proportionering och cementförbrukning. 7.1 Grovballast När det gäller grovballast så skall kornen vara så runda/kubiska som möjligt. Kubisiteten kan bestämmas genom antingen genom spaltsikt, formindex eller genom lös packning. Detta används som ingångsdata (kompletteras av H-E Gram Bruk-finballast Finfraktionen kan undersökas enligt en rad SS-EN metoder (se kapitel 3) Det finns en red olika orsaker till att en ballast fungerar bra eller dåligt i en betong. I grunden skall alla partiklarna vara runda eller kubiska. Normalt innehåller krossgrus för mycket filler i förhållande till naturgrus. Detta kan man idag korrigera med hjälp av flytmedel. Hur en finballast fungerar i betong kan undersökas med hjälp av bruksprover. Utflyt i Hägermankon Rinntid i tratt. Reologisk undersökning av bruk (referenser i rapporterna) Fillerfraktionen Puntke Utflyt Reologisk undersökning av mikrobruk (referenser i rapporterna) För kvalitétskontroll finns en rad olika prover och testningar. För att få fram hela bilden behöver man en översiktsprofil som är baserad dels på variationen i täkten dels på mera specifik undersökning. Detta är också viktigt för att få fram om man på något enkelt sätt kan förbättra egenskaperna. Man behöver veta: Kornfördelning. Detta kan man få fram genom en siktanalys kompletterad med Lasersikt, Metylenblåtest BET-yta och Sandekvivalent. Fillern bör också undersökas med hjälp av röntgendiffraktion. Kornform. Detta kan man få fram genom en bildanalys och petrografisk analys. Den petrografiska analysen kan innehålla bildanalys och räkning av glimmer i de olika fraktionerna. 40

41 Passerar (%) 2011 Metylenblå testen och vattenabsorbtionstesterna är grundläggande tester som avslöjar om ballasten kan ge upphov till beständighetsproblem. Generellt så ger emellertid höga värden på båda testerna även upphov till problem vid proportionering. Olika typer av betong kräver olika egenskaper hos finballasten. Då även cement i den färska betongen är en partikel så spelar vct och typ av cement en stor roll. Generellt så kräver en bra finsand runda/kubiska korn och en viss kontinuerlig kronkurva. När det gäller fillern så skall dess storlek helst inte kollidera för mycket med den hos cementet. Utifrån bruks- och betongförsöken inom projektet har ett förslag på gränskurvor för 0/2 mm fraktionen arbetats fram (se figur 20). Ballastmaterial med gradering ovanför gränskurva A kan fungera väl som betongballast beroende på dess kvalitet och vilken betongtyp den skall användas till. Men det kan vara lämpligt att utföra en noggrannare analys av materialet om kurvan faller utanför gränskurvan. Om filler och finmaterialhalten överstiger gränskurva A kan man ofta klara betongen genom flytmedel men hur mycket man behöver beror på kvalité. Kvalitén beror på kornform och fillerns sammansättning. Därför bör man om fillermängden är för hög göra en speciell utredning av dess mineralogi och kornform. Med mindre finmaterial än gränskurva B finns det risk för dålig sammanhållning och för stort vatten/cement behov Gränskurva A (kross) Gränskurva C (kross) ,01 0, Sikt (mm) Figur 20. Förslag till gränskurvor för 0/2 mm fraktionen från krossat berg. Finmaterialet kornform kan man få fram genom bildbehandling. För att få ett bra instrument för bedömning bör materialet siktas upp och varje fraktion analyseras för sig. Om bergtäkten är homogen behöver detta endast göras vid en preliminärbedömning. För partiklar över 1 mm kan man använda flakighetsindex, flödestid eller packning för att enkelt kontrollera kvalitén. För finare partiklar kan man även här använda lös packning. Flödestid fungerar inte för de finaste partiklarna. Bruksprovningar avslöjar ganska snabbt kvalitén. Röntgendiffraktion kan avslöja om fillern innehåller mycket glimmer eller lera vilka brukar vara de som försämrar kvalitén. Glimmerhalten bör vara lägre än 7-8 volym % i alla fraktioner. Detta motsvarar en partikel koncentration på runt 10 %. Fraktionen 0,125-0,250 mm rekommenderas som referensfraktion och ger ofta en god indikation även på halterna i mindre fraktioner. F-aspekt bör ligga distinkt över 0,40 helst över 0,45. Det är svårt att beräkna kornform i fillerfraktionen. Röntgendiffraktion och/eller SEM kan snabbt avslöja om 41

42 det finns stora mängder glimmer eller lera som kan ställa till med problem. Med utflytsmått (kapitel 3.4.5) kan man få fram kvalitén på 0-0,125 mm fraktionen. Värdet (vatten/pulver) bör understiga 0,45 och helst ligga under 0,40. Kornfördelningen i detalj avslöjas av lasersikt. En hög BET-yta indikerar hög halt av mycket finns material. Ett lågt värde på sandekvivalent testen indikerar mycket ultrafint material. Sandekvivalentvärdet bör överstiga 70 då ett lägre värde indikerar problem med för mycket ultrafint material och leror etc. Mycket ultrafint material kan användas för att tillsammans med flytmedel sänka cementhalten men det kräver att det ultrafina materialet håller god kvalité. Om finmaterialet fillern/håller bra kvalité kan man kompensera detta med flytmedel. Sämre finmaterial/filler kräver stora mängder flytmedel och man kan få problem men att betongen blir för seg. Generellt har undersökningarna visat att om BET-ytan är större än 2000 m 2 /kg så ställer ofta fillern till med problem på grund av höga halter glimmer eller lera. Om Metylenblå-värdet överstiger 5 gram metylenblått per kg prov så är antagligen lerhalten i form av svällera för hög. Med ett värde på över 1 bör man se närmare vad det beror på. Detta gäller emellertid endast om fillerhalten överstiger det rekommenderade värdet i figur 20. Både när det gäller BET-yta och metylenblå har naturgrus relativt höga värden men detta kompenseras av att mängden filler generellt är låg. Innehåller fillern olämpliga partiklar som lera eller glimmer bör det tvättas eller tas bort med vindsikt. Kornkurva, lös packning och flisighet och vattenbehov behövs vid proportionering. Lös packning/flödestid för olika fraktioner kan ge en första indikation på krossgrusets lämplighet. Ett utflyttest med Hägermankon indikerar grusets inverkan på betongens reologi och vattenbehov. Om man gör utflyt med en standardgradering får man fram själva materialegenskapen. Utflyt (Hägermankon) på 0-1 eller 0-2 mm material mäts bäst med en standardiserad blandning av ballast, cement och vatten. Det ger en allmän information om finballasten och ett bra utflyt indikerar i allmänhet att det är bra för betongtillverkning. Med en standardiserad sammansättningskurva får man fram om det beror på sortering eller materialet som sådant. Om det beror på materialet måste man gå längre och med andra analyser ta fram vad det beror på och se om man kan förändra egenskaperna på ett kostnadseffektivt sätt. Om finballasten inte uppfyller förväntade krav kan en del åtgärder vidtas: Om sorteringkurvan är ogynnsam kan man sikta om materialet (vanlig sikt eller vindsikt) Om partiklar över 0,25-0,5 mm (beror på var mineralgränsen går) är flakiga (högt flisighetsindex) kan man använda kubisering (VSI-kross) för att förbättra kornformen på material större än 0,25mm. Om BET-ytan är mycket stor eller om sandekvivalentvärdet är litet kan man tvätta eller vindsikta materialet för att få bort de minska partiklarna. Om mängden glimmer är hög kan man vindsikta materialet. Vid vindsiktning följer glimmerpartiklarna med i de finare fraktionerna. Detta medför emellertid att man måste förkasta den finaste vindsiktsfraktionen och ersätta denna med en annan filler. Fillern behövs för att cementförbrukningen inte skall bli för stor. 42

43 8 Referenser Aggregates Sand Gravel and crushed rock aggregate for construction purposes, Ed Smith, M.R., Collis, L., Geological Society Engineering geology Special Publication No 9, London The aggregate Handbook, Ed. Barksdale, R., National Stone Association, Washington DC, CCAA 2007, Research Report, Manufactured sand, national test methods and specification values, Cement Concrete & Aggregates Australia, January 2007 CCAA 2008, Guide to the specification and use of manufactured sand in concrete, Cement Concrete & Aggregates Australia 2008, T60, Danielsen, S.W., Rueslåtten, H.G. Feldspar and mica. Key minerals for fines aggregate quality. Bulletin of the International Association of engineering geology, No. 30, Paris Dewar, J.F. Effect of mica in the fine aggregate on the water requirement and strength of concrete. Tech. Rep. Cem. Conc. Assoc., London, 1963 De Larrard, F., Sedran, T., Cem. Concr. Res 2002 Dietsch, S., Replacement of Cement with fines of Crushed aggregates, Student Research Project part of Master Science Degree, Bauhaus-Universität-Weimar, F.A. Finger-Institute fur Baustoffkunde. (Supervisor Björn Lagerblad, CBI, Matrikel no 21035, Doyle, B. J. The effect of crushed granite fine aggregate on concrete strength and workability., CGLI Advanced concrete technology course 1972, CITY & Guilds ACT project 72/7 Ellis, G., The use of crushed rock fines in concrete. Advanced concrete technology course 1989-individual project. Horta, A., Environmental Implications of replacing natural sand into crushed rocks in concrete. Examensarbete KTH, handledare Björn Lagerblad, Publiseras under Hunger, M., Brouwers, H.J.H. Flow analysis of water-powder mixtures: application of specific surface area and shape factor, Cement and Concrete Composites 31, s , 2009 Johansen, K.I., Laanke B., Smeplass, S., Crushed sand as a complementary aggregate, ERMCO 95, Proceedings of the XI th European Ready Mix Concrete Conference Johansson, L., Klevbo, G., Concrete with crushed aggregate, CBI research, 1:81, 137 pp, Järvenpää, H., Quailty chacteristics of fine aggregates and controlling effects on concrete., Acta Polytechnica, Civil Engineering and Building Construction Series, Ci 122, Espoo 2001, 243 pp, Lagerblad, B. & Trägårdh, J, Ballast för betong, CBI rapport 4:95, 1995 Lagerblad, B,Kornkurvans och sorteringskurvans effekt på reologiska egenskaper, MinFo projekt nr A , Maj

44 Lagerblad, B, Westerholm, M., MinFo projekt rapport nr A , Rapport etapp II mars 2003, Krossad Ballast i betong. Lagerblad, B., Jacobsson, B., Smectite clays and concrete durability, Proceedings of the 19 th international conference on cement microscopy, Cincinnati, Ohio USA, pp , Lagerblad, B., & Trägårdh, J. Ballast för Betong-egenskaper, karaktärisering beständighet och provningsmetoder78 pp, CBI-rapport 4:95, Lagerblad, B., Vogt, C., Ultrafine particles to save cement and improve concrete properties, CBI report, 1:2004, 2004 Lagerblad, B., Westerholm, M, Fjällberg, L., & Gram, H.-E.,Bergkrossmaterial som ballast i betong (Crushed rocks as aggregate in concrete)):. CBI-rapport nr 1:2008, CBI Betonginstitutet, Stockholm, 121 s, (In Swedish with english summary), 2008 Lagerblad B., Fjällberg. L., Tidig hydratation-styrande mekanismer och modell (Early hydration-mechanism and modell) CBI rapport 2:2008, (In Swedish with english summary), 2008 Malmberg. B., Betong med krossgrus som ballast - en litteraturinventering. CBI forskning 7:79, Persson, A-L. Image analysis of fine aggregates: Characterisation of shape and grainsize parameters. Lic-avh. Avd. Teknisk Geol., Inst för Anl och Miljö. KTH, Persson, A-L. Image analysis of shape and size of fine aggregates, Engineering Geology, 50, , Sahu, A.K., Kumar, S., Sachan, A.K. Crushed stone waste as fine aggregate for concrete., The Indian Concrete Journal, p , Jan Schwan, Y., Betongballast av krossat berg med partikelsprång, KTH, ISSN , Kwok, A.C.W., The effect of silt content in crushed granite fine aggregate on the strength and workability of superplasticized concrete. ACT course project ACT project 97/7. Tobin, R.E. Flow cone sand tests. ACI Journal, title no. 75-1, januari 1978, s Tossavainen, M. Metodutveckling glimmeranalys-vsi krossens inverkan på glimmer, MinBas II, projekt 2.2.6, Wigum, B. J., Danielsen, S. W.. Hotvedt, O., Pedersen, B., Production and Utilization of Manufactured Sand., State of the Art, Coin Project report, Sintef, Westerholm, M. Rheology of the mortar phase of concrete with crushed aggregate. Licentiateavhandling, Luleå Tekniska Universitet, avdelningen för mineralteknik, 2006, ISSN: Quist & Ewertsson 2010 Åkesson, U., Tjell, B. Geological parameters controlling the improvement of manufactured sand using vertical shaft impact crushers instead of cone crushers, XXV International mineral processing congress (IMPC) 2010 proceedings, Brisbane, Australia, 6-10 september,