Framtida betongkvalitetskrav för användandet av finmaterial från kross vid optimal betongtillverkning Björn Lagerblad CBI Betonginstitutet Medverkande; H-E Gran, Mikael Westerholm, Leif Fjällberg, Annika Gram+ lab. Examensarbeten; Schwan Yousif, Andreas Horta, Susann Dietsch, m.fl.
Varför är finmaterialet viktigt Vi har tillverkat betong med sten från kross i många år och vet hur man skall hantera det. I princip skall det vara så kubiskt som möjligt Nu måste vi lära oss att även använda finballast från kross. Variationen i finballast är mycket stor och hur materialet ser ut och fungerar i betong beror på textur, mineralogi, omvandlingar etc. Testmetoder behövs för att bedöma finmaterialet.
Sättmått [mm] Betong med samma sten men med olika -2 mm ballast För att uppnå samma Samma sättmått betong måste olika man grus öka -2 mängden cement (och vatten) 25 2 15 Underås Enhörna Kolmetorp Vambåsa Stöningsberget Kleva 1 5 25 275 3 325 35 375 4 Pastavolym [l/m 3 ]
,5-1, mm,125-,25 mm Naturballast Krossballast Kornformen för grovballast beror på bergartens textur. För finballasten består beror det på bergartens mineralogi
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 Virtuell packning. en rund. Detta gäller i alla fraktioner ner till det finaste Vid vanlig proportionering skall ballasten vara väl packad men materialet. varje partikel Krossballast behöver en har fluid flakigare fas bestående och av kantigare cementbruk fragment i alla fraktioner och mindre partiklar vilket i att slutändan röra sig i medför att man måste öka mängden pasta (cement, filler och vatten) för att 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. få samma rörlighet. Fluid fas att röra sig i Partikel
Kornformens inverkan på pasta- eller vattenbehov För att ett flisigt eller flakigt korn skall kunna rotera, röra sig, krävs en mycket större volym omgivande pasta eller vätska. V=33,5 cl V=33,5 cl V=33,5 cl Antag 4 ggr 12 cl Antag 1 ggr 35 cl Antag 4 ggr 335 cl
Vad skall vi ha för indata? Röntgendiff. Petrografi Tunnslip kornform Klassificering bergart Betongförsök Krossgrus -2 mm Sandekvivalent Lasersiktkurva Vanlig siktkurva Bruksreologi Packningsgrad BET-yta
Bruksreologi på -2 mm grus Bruket är kalkylerat på en -16 betong med 35 kg cement och ett vct på,57 Bruket innehåller 3 vikt % cement, 17 % vatten och 53 % ballast. Som vi fick det Omsiktat med en kurva liknande naturballast Det är en mycket stor variation på kvalité även efter omsiktning. Vad beror det på?
Passerar [%] Yield stress [Pa] 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Karakterisering och kvalitetsbedömning av krossprodukter Arbetet har koncentrerats på -2 mm då denna fraktion ger flest besvär och är svårast att undersöka GK A N1 K1 K3 K5 K7 K9 K11 K13 K15 K19 GK B N2 K2 K4 K6 K8 K1 K12 K14 K17.1.1 1 1 Sikt [mm] Normalt ger krossning mera finmaterial än vad man finner i naturgrus 6 5 4 3 2 1 Grading as delivered Similar grading 2 4 6 8 1 12 Plastic viscosity [Pa s] För mycket finmaterial/filler kan åtgärdas genom vanlig siktning, vindsiktning eller tvättning
Effekt av superplasticerare -2 mm bruk 2 och 4 ml Med hjälp av SP kan man sänka framför allt flytgränsspänningen men det kan ge problem med separation och sammanhållning
Flytgränsspänning [Pa] Flytgränsspänning (Pa) Effekt av mera cement vid konstant vct i finbruket (allt material under,25 mm) 16 14 12 1 8 6 Sätertorp (N) Kleva Kolmetorp Olunda Kungälv Bro Hargshamn Stöningsberget Sandby Vändle Underås (N) Hardeberga Vambåsa Luleå Enhörna Kållered Brännland Skyttorp Gladö Arlanda Styvare Blöt/blaskig Viskösare 4 2,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Vatten 55.4 % Plastisk viskositet [Pa s] Cement 31.3 % -,25 mm 13.3 % Vatten 47.2% Cement 26.7% -,25 mm 26.1% Plastisk viskositet (Pa s) Stor spridning i reologi pga varierande: korngradering finmaterialkvalitet kornform glimmerinnehåll
Flytgränsspänning Yield stress [Pa] (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.
Fri glimmer i vol.% Bildanalys och mängd fri glimmer i hela materialet hos fyra prover. F-aspekt är kvoten mellan kortaste och längsta avståndet i en partikel. Låga värden=flakiga Sikt i mm 11-16mm 5,6-8mm 4-5,6 mm 1-2 mm,5-1mm,25-,5mm,125-,25mm,75-,125mm N1 F-asp Fri biotit i %,58,58,57,53,59,3 %,58,6 %,59 2,3 %,58 3, K2 F-asp Fri biotit i %,55,53,53,5,49,47 6,6 %,44 11,,43 12,6 % K3 F-asp Fri biotit i %,54,52,52,48,46,3 %,5,3 %,48,6 %,47,6 % K4 F-asp Fri biotit i %,54,53,53,49,55 3,3 %,49 1,,44 2,3 %,41 22,3 %
F-aspekt Flytgränsspänning (Pa) [Pa] Inverkan av VSI-krossad ballast 3 25 2 15 N3 Konkross (K55) VSI-kross (K55) VSI-krossning: Förbättrad reologi. Dålig medelbra 1 5 1,75 Naturballast (N3) Konkross (K55) VSI-kross (K55) 1 2 3 4 5 6,5,25 Plastisk Plastic viskositet viscosity (Pa [Pa s) s],125-,25,25-,5,5-1 14 Fraktion
Indirekta metoder för bestämning av kvalité Packning SS-EN 933-1 Flödestal SS-EN 933-6 Metylenblått SS-EN 933-9 Sandekvivalenttest (SS-EN 933-8) Specifik yta-bet-yta Filler -vattenbehov och utflytstest
voids [%] Packning-visar råhet och kornform Packning speciellt lös packning indikerar kornform Loose packing to determine Flakiness 6 58 56 54 52 5 48 46 44 42 4 y =,3992x + 46,995 R 2 =,6343 5 1 15 2 25 flakiness index [%] 1.-1.25 1.6-2. Serie3 Flakighetsindex med spaltsikt (till ca 1 mm) Flödeshastighet i tratt
Flödestal (s) Flödestal (s) Fmin/Fmax (-) 4 35 3 25 2 15 1 Konkrossad Kubiserad Flödestal. Multifunktionel test som kan vara bra för kvalitetskontroll,7,6,5 N3 K2 K23 K4-2 K41-1 K48 K55 5 N3 K65 K66 K67,4 2 25 3 35 4 45 5 Flödestal (s) 26 24 22 2 18 16 14 12 N3 K2 K62 K55 K55 Kubiserad 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Andel 2/4 mm (%)
N1 N2 K24 K25 K26 K27 K28 K29 K3 K31 K32 K33 K34 K35 K38 K39 K4-2 K41-2 K44 K45 K46 K47 K51 K53 K54 K59 K56 K4-1 K58 K6-1 K57 K55-1 K41-1 K4-3 K6 K55 N1 N3 K24 K25 K26 K27 K28 K29 K3 K31 K32 K33 K34 K35 K38 K39 K4-2 K41-2 K45 K47 K53 K54 K59 K56 K4-1 K58 K6-1 K57 K41-1 K4-3 K6 K55 SE-värde (%) SE-värde (%) Sandekvivalent- En sedimentationstest Ursprunglig gradering Omsiktat till standard gradering 1 1 9 9 8 8 7 7 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 Sandekvivalenten ger huvudsakligen mängden filler och speciellt ultrafin filler Det ger även en indikation på leror.
SE- värde [%] SE-värde [%] Sandekvivalent 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Samtliga Exkl. tvättade R 2 samtliga =.77 R 2 exkl. tvättade =.83 1 2 3 4 5 6 Andel partiklar< 1 µm [%] 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 % glimmer i,75-,125 SE-testen ger inte andelen glimmer utan endast finheten i finmaterialet Tidigare var stora mängder fint besvärligt men det löser man idag med superplasticerare.
N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 K34 K35 K6-1 K45 K41-1 K56 K31 K29 K58 K3 K55 K51 K27 K57 K33 K59 K39 K4-3 K24 K47 K28 K38 K48 K52 K32 K25 K26 K46 K44 Specifik yta (m 2 /kg) 12 1 Specifik yta Specifik yta för finfraktionen (/,25 mm) hos de oförädlade ballastmaterialen 8 6 4 2 Hög specifik yta ger problem med arbetbarhet. Naturgrus har en stor yta men mängden /,25 är liten. Tvättning eliminerar oftast problemet.
Vattenbehov och utflytstest Filler (/,125 mm) Puntke testen mäter maximala vattenupptaget innan massan rör sig. I utflytstesten mäter man hur utflytet ökar med vattentillsats. Vatten/ pulver Utflyt
Compressive strength [MPa] Compressive strength (MPa) Cement ersätts med filler med konstant vct (minskad vattenmängd) Filler ersätter cement med konstant vattenmängd (höjd vct) Compressive strength for filler replacing cement 7 5 6 57,7 54,11 4 3 5 4 45,8 43,57 2 3 2 /2 mm N3+2/16 K56 w/c constant /2 mm N3+2/16 mm K56 constant water content 1 w/c constant water content constant 1 5 1 15 2 25 3 35 4 45 Cement replacement [kg/m3] Resultatet visar att man med kan ersätta cement med filler och SP. Med konstant vattenmängd får man ett högre vct men styrkan bibehålls till en viss mängd. Med vct konstant så ökar styrkan med minskad cementmängd men betongen blir seg. 5 1 15 Cement replacement (%) Resultaten visar att man kan optimera för minimal cementhalt med hjälp av filler. Det fordrar dock filler av bra kvalitét
Förbättring finballast En krossprodukt skall ha rätt kornkurva och en rund/kubisk kronform. VSI krossning förbättrat kornformen ner till mineralgränsen. Med en medelkorning granit förbättrar VSI ner till ca,5 mm Med hjälp av vindsiktning kan man få en bättre finmaterialkurva. Vindsiktning anrikar glimmer i de finare fraktionerna. Detta medför att en med glimmerrik finballast så kan man anrika glimmern i de finaste fraktionerna och sedan kan man ersätta denna med annan filler. Tvättning kan ta bort olämplig filler.
Övriga rekommenderade tester. För framför allt finmaterialet och krossat berg täcker inte SS-EN allt. Därför rekommenderas att man gör en mera ingående initialtestning och med utgångspunkt från denna gör ett specifikt testprogram 1. BET yta-avslöjar leror och olämpliga partiklar 2. Lasersikt-avslöjar finpartikelfördelning 3. Brukstester-avslöjar om det finns olämpliga komponenter