Arbetbarhet och reologi hos betong med krossprodukter MinBaS dagarna 24-25 mars 211, Workshop A1 Mikael Westerholm CBI Betonginstitutet AB
Energieffektiv framställning av betong med krossat berg som ballast Materialkarakteristik Arbetbarhet och reologi Rekommendationer Inverkan av olika processmetoder Inverkan av materialkarakteristik Etablering av täkt Ställföreträdande metoder Cementbesparing Ballast för betongtillverkning
Arbetbarhet och reologi för Mikrobruk Bruk Betong Cement Vatten Finmaterial.25 mm Tillsatsmedel Mikrobruk Ballast.25/2 mm Bruk Ballast 2/16 mm
Arbetbarhet och reologi Sättmått, hägermannakon Enpunktsmätning, beskriver arbetbarheten med en parameter Reologi, viskometri Tvåpunktsmätning, beskriver arbetbarheten med två parameterar
Flytgränsspänning Betong och andra cementbaserade suspensioner har en flytgräns, d.v.s man måste applicera en viss kraft innan den börjar flöda. Flytgränsen uppkommer av att cement och andra finpartiklarna bildar flockar som det krävs en viss kraft för att bryta ner.
Plastisk viskositet Beskriver den lätthet med vilken en vätska rör sig, jmf. vatten/sirap. Kan sägas utgöra ett mått på en vätskas inre friktion. Vätska/suspension Viskositet (Pa s) Vatten,1 Bruk,5-4 Betong 2-14
Hur påverkas betongens egenskaper vid en förändring i flytgränsspänning och plastisk viskositet Flytgränsspänning (Pa) Styvare Viskösare Blöt/blaskig Plastisk viskositet (Pa s)
Flytgränsspänning Yield stress [Pa] Flytgränsspänning (Pa) Finmaterialkvalitet (/.25 mm) 16 14 12 1 8 N1 C1 C3 C5 C7 C9 C11 N2 C2 C4 C6 C8 C1 C12 26 vol.-% fines Styvare Blöt/blaskig Viskösare Plastisk viskositet (Pa s) 6 4 2 C13 C14 Hur förbättra kvaliteten: Kubisera? Tvätta? Vindsikta?,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Plastic viscosity [Pa s] Plastisk viskositet (Pa s)
Yield stress [Pa] Flytgränsspänning (Pa ) Flytgränsspänning (Pa) Inverkan av olika ballastmaterial (/2 mm) på bruks reologi 6 5 Grading as delivered Similar grading Styvare Viskösare 4 Blöt/blaskig 3 2 1 2 4 6 8 1 12 Plastisk Plastic viskositet viscosity [Pa (Pa s] s) Plastisk viskositet (Pa s) Stor spridning i reologi pga varierande: korngradering finmaterialkvalitet kornform glimmerinnehåll
Passerande (%) Inverkan av ballastens gradering (/2 mm) 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Kurva 1 Kurva 2 (=ref) Kurva 3 Kurva 4,1,1 1 1 Sikt (mm)
Passerande (%) Flytgränsspänning (Pa) Flytgränsspänning (Pa) Inverkan av ballastens gradering (/2 mm) 3 25 2 N1 K2 K23 K22 Spridning Styvare Blöt/blaskig Viskösare 15 1 5 Gradering o Kurva 1 o Kurva 2 o Kurva 3 o Kurva 4 1 2 3 4 5 6 7 8 Plastisk viskositet (Pa s) Plastisk viskositet (Pa s) 1 Kurva 1 9 Kurva 2 (=ref) 8 Kurva 3 7 Kurva 4 6 5 4 3 2 1,1,1 1 1 Sikt (mm)
Yield stress [Pa] Flytgränsspänning (Pa ) Flytgränsspänning (Pa) Inverkan av olika ballastmaterial (/2 mm) på bruks reologi 6 5 Grading as delivered Similar grading Styvare Viskösare 4 Blöt/blaskig 3 2 1 2 4 6 8 1 12 Plastisk Plastic viskositet viscosity [Pa (Pa s] s) Plastisk viskositet (Pa s) Gradering har stor betydelse men andra materialegenskaper kan vara avgöra för om ballasten är lämplig för betongtillverkning.
Flytgränsspänning (Pa) Yield stress [Pa] Inverkan av ballastens (/2 mm) kornform 3 25 2 15 1 5 Kornformseffekt N1 C1S Particle shape effect C4S C2S C3S C8S,,5 1, 1,5 2, 2,5 3, 3,5 4, 4,5 5, Plastisk Plastic viscosity viskositet [Pa s] (Pa s) Ballastmaterialens kornform inverkar huvudsakligen på den plastiska viskositeten. Ballast med stor andel fri glimmer ger svårbearbetad betong med hög viskositet.
Inverkan av ballastens (/2 mm) kornform Flytgränsspänning (Pa) Yield stress [Pa] Plastisk viskositet (Pa s) Plastic viscosity [Pa s] 2 175 R 2 aspect=.14 15 125 1 75 5 25 F- aspect,,25,5,75 1, F-aspekt value 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1,5 F- aspect R 2 aspect=.86,,25,5,75 1, F-aspekt F- value
Flytgränsspänning (Pa ) Plastisk viskositet (Pa s) Inverkan av flytmedel 5 4 N1 glaciofluvial C1 crushed C7 crushed 7 6 5 N1 glaciofluvial C1 crushed C7 crushed 3 4 2 3 2 1 1.1.2.3.4 Flytmedel (%).1.2.3.4 Flytmedel (%)
Inverkan av VSI-krossad /2 mm ballast på bruks reologi
F-aspekt Flytgränsspänning [Pa] Yield stress (Pa) Flytgränsspänning (Pa) Inverkan av VSI-krossad ballast 3 25 2 15 1 5 Naturgrus (N3) Konkross (K4) VSI-kross (K4) 1 2 3 4 5 6 Plastisk Plastic viskositet viscosity (Pa (Pa [Pa s) s] s) VSI-krossning: Förbättrad reologi. Medelbra 1,75,5,25,75-,125 Naturgrus (N3) Konkross (K4) VSI-kross (K4) bra,125-,25-,5,5-1,25 17 Fraktion
F-aspekt Flytgränsspänning [Pa] Flytgränsspänning (Pa) Inverkan av VSI-krossad ballast 3 25 2 15 N3 Konkross (K55) VSI-kross (K55) VSI-krossning: Förbättrad reologi. Dålig medelbra 1 5 1 2 3 4 5 6 Plastisk Plastic viskositet viscosity (Pa [Pa s) s] 1,75,5,25 Naturballast (N3) Konkross (K55) VSI-kross (K55),125-,25,25-,5,5-1 18 Fraktion
Flytgränsspänning (Pa) Inverkan av VSI-krossad ballast 3 25 2 15 N1 N3 K65 K65 kubiserad Spridning VSI-krossning: Oförändrad reologi. Bra/medelbra 1 1,9,8 5 1 2 3 4 5 6 Plastisk viskositet (Pa s) F min /F max,7,6,5,4,3,2,1 N3 K65
Åtgärder för att minska cementbehovet vid övergång till krossballast Anpassad korngradering Förbättra kornformen Utnyttja ballastens egna filler? Avlägsna glimmer
Flytgränsspänning [Pa] Flytgränsspänning (Pa) Cementbesparing genom att anpassa 25 2 15 1 Naturballast (N3) Konkrossad (K4) "Vindsiktad" (K4) korngraderingen +1 % cement +5 % cement Cementbehovet kan reduceras med cirka 1 % genom att anpassa ballastmaterialets (K4) korngradering. 5 2 4 6 Plastisk viskositet [Pa s] Plastisk viskositet (Pa s) 21
Yield stress (Pa) Flytgränsspänning [Pa] Cementbesparing genom att förbättra 25 2 15 1 5 kornformen (VSI-krossning) N3 Konkrossad (K4) "Vindsiktad" (K4) VSI-krossad (K4) +15 % cement 2 4 6 Plastisk viskositet [Pa s] Plastic viscosity (Pa s) VSI-krossning reducerar cementbehovet med cirka 5 %. VSI-krossning och anpassning av korngraderingen resulterade i cirka 15 % lägre cementbehov än hos ursprungsmaterialet (K4)
Betong
Inverkan av olika /2 mm ballastmaterial på betongs sättmått
Flytgränsspänning (Pa) Flytgränsspänning (Pa) Inverkan av olika /2 mm ballastmaterial på betongs reologi (sättmått 2 mm) 3 25 Styvare Viskösare 2 15 1 5 Referens (/16 mm N) /2 mm N3 /2 mm K56 /2 mm K57 /2 mm K58 5 1 15 2 Plastisk viskositet (Pa s) Blöt/blaskig Plastisk viskositet (Pa s) K57 och K58 har jämförbar korngradering men stor skillnad i mängd fri glimmer.
Passerar (%) 1 9 8 7 Flogopit 1 Muskovit 1 Flogopit 2 Muskovit 2 Glimmer 6 5 4 3 2 1,1,1 1 1 Sikt (mm) Glimmer Specifik yta (m 2 /kg) Flogopit 1 (Biotit) 266 Flogopit 2 (Biotit) 272 Muskovit 1 1666 Muskovit 2 37
Sättmått (mm) Sättmått (mm) 25 225 2 175 15 Flogopit 1 Flogopit 2 Sättmått, vct,55, konstant flytdos. 125 1 75 5 25 25 225 2 175 15 125 1,5 1 1,5 3 Muskovit 1 Muskovit 2 Glimmer (% av /8 mm) Sättmåttet minskar när glimmerinnehållet >,5 %. Muskovit ger större vattenbehov än flogopit (biotite). Grovkorniga glimmerpartiklar ger större vattenbehov än finkorniga. 75 5 25,5 1 1,5 3 Glimmer (% av /8 mm)
Plastisk viskositet (Pa s) Plastisk viskositet (Pa s) 12 1 8 6 4 2 12 1 8 6 4 Flogopit 1 Flogopit 2 1 2 3 4 Muskovit 1 Muskovit 2 Glimmer (% av /8 mm) Plastisk viskositet, vct,55, sättmått 19±1 mm Betongens plastiska viskositet ökar med ballastens glimmerinnehåll. Grovkornig glimmer ger högre viskositet än finkornig. Muskovit ger högre viskositet än flogopit (biotit). 2 1 2 3 4 Glimmer (% av /8 mm)
Plastisk viskositet (Pa s) Inverkan av glimmer (1,5 %) vid olika betongkvaliteter 35 3 25 2 15 Ref 1,5 % Muskovit 2 Glimmerinnehåll och ballastegenskaper i övrigt får större betydelse vid tillverkning av betong med högre kvalitet 1 5,2,3,4,5,6 Vattenpulvertal (-)
Flytmedelsdos (% av C) Flytmedelsbehov för att nå sättmåttet 19±1 mm,8,7,6,5,4,3,2,1 Flogopit 1 Flogopit 2 Muskovit 1 Muskovit 2 Flytmedelsbehovet ökar vid glimmerhalter >,5 % för de grovkorniga och 1,5 % för de finkorniga. Muskovit ger större flytmedelsbehov än flogopit.,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Glimmer (% av /8 mm)
Compressive strength (MPa) Utnyttja ballastens filler som cementersättning? 7 6 5 57,7 Konstant vct 54,11 4 3 2 45,8 43,57 Konstant vattenhalt /2 mm N3+2/16 K56 w/c constant /2 mm N3+2/16 mm K56 constant water content 1 5 1 15 Cement replacement (%)
Flytgränsspänning (Pa) Plastisk viskositet (Pa s) 25 2 Effekt av cementreduktion konstant Ref (195 mm) Ref-5 % cement (195 mm) Ref -1 % cement (19 mm) vattencementtal 14 12 Ref (195 mm) Ref-5 % cement (195 mm) Ref -1 % cement (19 mm) 15 1 8 1 5 6 4 25 5 75 1 125 Plastisk viskositet (Pa s) Delmaterial Ref -5 % cement -1 % cement Cement 35 332,5 315 Filler (G) 4 81 Vattenhalt 199,5 189,5 179,5 Vpt,57,59,453 2,4,45,5,55,6 vpt
Sammanfattning Betong med ballast från krossat berg har generellt sämre arbetbarhet. Finballastens egenskaper avgör lämpligheten för betongtillverkning. Kornform och glimmerinnehåll de viktigaste kvalitetsparametrarna. Förväntad cementökning kan minskas genom vindsiktning, kubisering och genom att avlägsna glimmer. Genom att välja rätt berg från början finns mycket att vinna.
Tack för uppmärksamheten!