Betong med bergkrossmaterial - Kornformens inverkan på det färska brukets reologi. Helena Andersson & Karoline Wiklund

Betong med bergkrossmaterial - Kornformens inverkan på det färska brukets reologi Betong med bergkrossmaterial - Kornformens inverkan på det färska brukets reologi Helena Andersson & Karoline Wiklund KTH, Stockholm 22 TRITA-LWR Master Thesis: 2-2 ISSN 1651 64X Teknisk Geologi och Geofysik Institutionen för Mark- och Vattenteknik

Helena Andersson TRITA-LWR Master Thesis 2-2 Karoline Wiklund

Betong med bergkrossmaterial - Kornformens inverkan på det färska brukets reologi FÖRORD Detta arbete har genomförts vid institutionen Mark- och Vattenteknik, Teknisk Geologi och Geofysik vid Kungliga Tekniska Högskolan, KTH, Stockholm och Cement och Betonginstitutet, CBI, Stockholm. Materialet har inhämtats i samarbete med Jan Bida, NCC Ballast. Under examensarbetets gång har Björn Lagerblad, CBI, och Joanne Fernlund, KTH, varit handledare. Vi vill tacka Björn Lagerblad och Joanne Fernlund för värdefull hjälp och goda idéer. På CBI vill vi skänka ett extra tack till Mikael Westerholm för all hjälp med reologitesterna, Mariusz Kalinowski för tunnslipsframställning, Helena Moosberg-Bustnes, Fredrik Öhlund för hjälp med den tekniska utrustningen och Maria Wirström för att hon stått ut med allt spring. Vi vill också tacka GMF för sponsringen av tryckningen. Slutligen framförs ett stort tack till personalen på de krossanläggningar vi besökt. Stockholm, mars 22 Helena Andersson & Karoline Wiklund i

Helena Andersson TRITA-LWR Master Thesis 2-2 Karoline Wiklund

Betong med bergkrossmaterial - Kornformens inverkan på det färska brukets reologi SAMMANFATTNING Grusåsarna och isälvsavlagringarna har börjat att utarmas, p.g.a. det flitiga användandet av naturgrus. Dessa är viktiga som infiltrationsredskap och ska därför skyddas. En successiv övergång till krossat bergoch återvinningsmaterial är därför nödvändig i framtiden. Men mera kunskap behövs för att detta ska vara möjligt. Detta examensarbete handlar om hur formen av korn av storleken,75-2, mm av krossat berg påverkar det färska brukets reologi. Ger detta ett bra bruk så kan man relativt enkelt tillverka en bra betong. Materialet som studerats i detta arbete kommer från bergkrosstäkter belägna i olika delar av Sverige, från Umeå i norr till Lund i söder. Naturgruset är mycket rundat. Berget som krossas spjälkas sönder, och på så sätt kan det inte få samma geometriska form som naturgruset, utan är betydligt kantigare och flakigare. Genom denna kantighet blir hålrumsvolymen större och därför krävs mer pasta för att åstadkomma en god rörlighet. Genom att sammankoppla kornformen och reologin, och dessutom modifiera fraktionssammansättningen ges hur krossbergets geometri påverkar brukets rörlighet. Detta kan kopplas till vilka bergarter och vilken krossningsteknik som är mest lämplig att använda till betongframställning. För att endast kunna se kornformens inverkan på reologin måste de naturliga fraktionsvariationerna hos varje enskilt material elimineras. Detta görs genom att alla prov anpassas till en och samma sorteringskurva. Kornformen undersöks med hjälp av bildanalys, vilket bygger på att foton tas av partiklarna. Dessa foton studeras och länkas över till en dator där de bearbetas. Reologitesterna utförs med hjälp av en dynamisk viskosimeter, som mäter flytgränsspänning och plastisk viskositet. Till de bergarter som uppvisar dåliga reologiska resultat hör de grovkorniga graniterna med högt glimmerinnehåll. Glimmer har en extremt flakig kornform. Detta är av avgörande betydelse för betongens bearbetbarhet. Även en hög andel finmaterial (,75-,25 mm) påverkar reologin kraftigt negativt. Det grova materialet (,5-1, mm) påverkar däremot rörligheten på ett positivt sätt. Detta beror på att i de finare fraktionerna är varje enskilt korn ett mineral, medan det i de grövre fraktionerna består av flera bergartsfragment och har p.g.a. detta en rundare form. Det går inte att få samma rörlighet med det krossade materialet, som ingår i denna studie, som med naturmaterial, men eftersom kvaliteten på det naturliga materialet varierar kan man med ett bra krossmaterial komma upp i samma rörlighet som med ett sämre naturmaterial. ii

Helena Andersson TRITA-LWR Master Thesis 2-2 Karoline Wiklund

Betong med bergkrossmaterial Kornformens inverkan på det färska brukets reologi SUMMARY Natural gravel has been the main source for aggregates for concrete. Sweden s natural gravel reserves are close to depletion. The remaining natural gravel, in glaciofluvial deposits, is to be preserved for usage as filters for cleaning water by infiltration. The alternatives to natural gravel are crushed rock and recycled materials. This study is to increase our knowledge how the rheological properties of fresh concrete are affected by the grain form in crushed rock for the grain-size fraction,75-2, mm. The grains in natural gravel material are usually very rounded. In contrast crushed rock grains are commonly much more angular. When crushed rock is used in concrete it is necessary to add more cement-paste than is needed with natural gravel to get similar rheological results. Rheology is governed by several factors working together; grain-size distribution and form of the aggregates, plus the cement and water content. To study the effects of just grain-form the other factors must be equal; the size distribution of all the samples have been adjust to be similar and the water and cement content also must be held constant. Then the differences in rheology can be assumed to be due to differences in grain form. In order to determine the grain form of the material, image analysis has been used. Two different types of photos were taken. It was assumed that in one type the largest projected area of the grains was photographed, and that in the other the smallest projected area of the grains was photographed. Thus by image analysis the morphological parameters of the grains in the different rock samples can be determined. The results of the study show that both grain form, and the varying percentages of the different size fractions were extremely important to rheology. The rock types with a high content of flaky grains resulted in the poorest rheological characteristics; coarse-grained granites with high mica content. The mica has an extremely flaky grain form, which is interpreted to be one of the main factors affecting the workability of the concrete paste. Furthermore, a high content of the fine fraction (,75-,25 mm) resulted in a worse rheological character of the concrete paste. In contrast an increase in the content of the course fraction (,5-1, mm) resulted in better rheological character of the concrete paste. The different size fractions contain different amounts of angular mineral-grains versus subrounded rock-fragments. In the fine fraction (,75-,25 mm) the grains are nearly exclusively individual angular mineral-grains, but in the larger fraction (,5-1, mm) the grains are predominately subrounded rock-fragments. A comparison between the rheological results of the crushed and natural gravel material shows that the rheological character of the crushed material was never as good as the natural gravel no mater how these were manipulated. The quality of natural materials is known to vary and it is probable that if an optimal receipt for the crushed material can be determined, then their rheological character will be at least as good as some natural material. iii

Helena Andersson Trita-LWR Master Thesis 2-2 Karoline Wiklund

Innehållsförteckning Betong med bergkrossmaterial - Kornformens inverkan på det färska brukets reologi FÖRORD...III i SAMMANFATTNING...III ii SUMMARY... iii II 1 INLEDNING... 1 2 BAKGRUND... 2 3 METODER... 3 3.1 INHÄMTNING AV MATERIAL... 3 3.2 DENSITET... 4 3.3 DELNING... 4 3.4 SIKTANALYS... 4 3.4.1 Våtsiktning... 4 3.4.2 Torrsiktning... 4 3.5 BILDANALYS... 5 3.5.1 Snittade korn tunnslip... 5 3.5.2 Liggande korn - diabild... 5 3.5.3 Bildbehandling... 5 3.5.4 Uppmätta parametrar... 5 3.6 PETROGRAFI... 7 3.7 REOLOGI... 7 3.7.1 Viskosimetertest...7 3.7.2 Provkuber... 8 4 RESULTAT... 9 4.1 DENSITET... 9 4.2 SIKTANALYS... 9 4.3 BILDANALYS... 1 4.3.1 Snittade och liggande objekt... 1 4.4 PETROGRAFI... 13 4.5 REOLOGI... 14 4.5.1 Resultatdiagram viskosimetertest... 15 4.6 TRYCKHÅLLFASTHET HOS KUBER... 19 5 DISKUSSION... 19 5.1 BILDANALYS... 19 5.2 REOLOGI... 21 5.3 TRYCKHÅLLFASTHET HOS KUBER... 25 6 SLUTSATSER... 25 6.1 FÖRSLAG TILL FORTSATTA STUDIER... 25 7 REFERENSER... 26 8 BILAGOR... 27 8.1 SIKTANALYS... 27 8.2 BILDANALYS... 28 8.3 REOLOGI... 41 8.4 PROVKUBSRESULTAT... 42 8.5 DISKUSSIONSDIAGRAM... 43 1

Helena Andersson TRITA-LWR Master Thesis 2-2 Karoline Wiklund 2

1 INLEDNING Betong med bergkrossmaterial - Kornformens inverkan på det färska brukets reologi Vid betongtillverkning används cement, ballast, vatten och eventuella tillsatsmedel. Traditionellt har man i Sverige nästan uteslutande använt naturmaterial d.v.s. sten, grus, och sand som ballast. Kornen i naturmaterialet har genom slipningsprocesser under vattentransporter under istiden blivit mycket rundade och sedan avsatta av det rinnande vattnet. Detta har även åstadkommit att svaga partiklar har brutits ned, så att de kvarvarande är av god kvalitet. Det flitiga användandet av naturgrus har lett till att de svenska grusåsarna och andra typer av isälvsavlagringar utarmats. Dessa fungerar som en grundvattenkälla, och kanske ännu mera som infiltrationsredskap för att rena vatten, innan det når ner till grundvattnet. Regeringen har därför beslutat att skydda åsarna och isälvsavlagringarna. Följden är att inga nya täckttillstånd för naturgrus beviljas vid stora städer, där efterfrågan på ballast är som störst. De främsta alternativen till naturgrus är krossat berg och återvinningsmaterial. Krossmaterialet används problemfritt i många sammanhang, såsom vid asfaltframställning och anläggningsarbeten, där alla fraktioner används. Vid betongframställning används dock endast stenfraktionen av krossat material. Vid krossningen uppkommer finmaterial, -4 mm, som idag har ringa användningsområden. Detta stenmjöl används inte i betong idag för att det är för kantigt och flakigt vilket påverkar den färska betongens reologi 1 negativt. Det är ännu inte tillräckligt utrett hur det krossade materialet fungerar i färsk betong. Eftersom det fortfarande finns naturgrus att tillgå har inte forskning inom detta område prioriterats av industrin. Men i och med regeringens beslut om att skydda åsarna och isälvsavlagringarna, tvingas man mer och mer att undersöka stenmjölets möjliga ersättande av naturmaterialets findel i betong. För att ta material ur naturgrustäkten får man för närvarande betala en extra avgift i form av skatt på fem kronor per ton material. Eftersom stenmjöl inte används i någon större utsträckning i dagsläget, förutom i asfaltsverk där det faktiskt är en bristvara, utan läggs på hög i täkterna, uppstår enorma mängder deponerat stenmjöl. För att främja användandet av deponerade material, till vilka stenmjöl hör, kan det i framtiden eventuellt komma att tas ut en deponiavgift för allt sådant deponerat material. Naturgrusskatten syftar till att minska användandet av naturgrus och öka användandet av produkter från krossning av berg. År 21 ska enbart 1 % av all ballast komma från naturgrus och 25 % ska vara återvunnet material. Resterande del ska vara krossmaterial. Eftersom det krossade materialets korn är mer stängliga/flakiga än det naturliga materialet kommer det troligtvis att krävas mer cementpasta för att få samma rörlighet på den färska betongpastan med krossat material som med naturgrus. Detta leder till dyrare betong. Men med tanke på avgifter och längre transporter för naturgruset, kanske det i längden ändå blir ekonomiskt lönsamt att använda krossat berg för betongframställning. Målet med detta projekt är att ta reda på hur,75-2, mm-materialet för olika bergarter påverkar rörligheten i betong. Eftersom varje bergart består av olika slags mineral med mycket olika kornform, kommer formen att ha en avgörande betydelse för den färska betongens rörlighet. Detta har visats i tidigare studier (Font 21). Slutmålet är att optimera ett recept på betong för varje given kornform så att problemet med högre pastainnehåll inte blir betydande. Hypotesen i detta arbete är att kornformen, fraktionssammansättningen och mängden pasta påverkar betongens rörlighet. Genom att hålla kornstorleksfördelningen och pastamängden konstant kan man bestämma hur kornformen påverkar betongens rörlighet. Vid försöken används en syntetisk pasta som med tiden ej stelnar som cementpasta, utan hålls i flytande form. Detta gör att man kan återanvända ballasten och/eller modifiera försöken efter hand. Ytterligare en hypotes är att denna syntetpasta kommer att ge likartade reologiska resultat som cementpasta. 1 Reologi är läran om vätskors och fasta materials tidsberoende deformationsegenskaper. Det bestämmer alltså spännings- och töjningsförhållanden hos olika material. 1

Helena Andersson TRITA-LWR Master Thesis 2-2 Karoline Wiklund 2 BAKGRUND Den färska betongens reologi har inte varit något problem vid användandet av naturgrus och inte heller med stenfraktionen från krossat berg. Man har även bra erfarenhet av ballast från kalksten och diabas, men med granit uppstår problem. Problemen uppkommer främst i finmaterialet -4 mm. Forskning har bedrivits gällande filler, -,75 mm (Persson 1996, Hassenrück 1999), och i allmänhet finns en god uppfattning om hur kornformen i fillerstorlek påverkar reologin i färsk betong. Men fram t.o.m. nu har lite forskning bedrivits angående hur storleken,75-2, mm påverkar reologin. Det är detta som denna studie syftar till att undersöka. Reologin påverkas av flera faktorer så som kornstorleksfördelning, kornform, cementoch vatteninnehåll. Problemet med det krossade stenmjölet är dess form. Materialet delar sig efter mineralerna som ingår i bergarten. Dessa är mycket sällan runda, vilket naturgrus är. Olika bergarter består av olika slags mineral, vilka har mycket olika partikelform. Mineralens form kan vara allt från kubisk, kantig, stänglig eller flakig, beroende på sin kristallstruktur. Så länge partiklarna är bergartsfragment, d.v.s. sammansatta av flera mineral, kan man med krossningsteknik påverka kornformen. Men detta är svårt med mineral då dessa spjälkas efter sina klyvytor som ges av kristallformen. Bergkrossmaterial av -2 mm inhämtas från olika bergkrosstäkter. Bergartsmaterialet var av olika bergarter för att få ett representativt underlag för studien. Kornformen för varje prov i två fraktioner bestäms. Dessa är fraktionerna,125-,25 mm och,5-1, mm. För att få en bild av det enskilda kornets verkliga form, kommer två typer av bildanalysprov att studeras (Font 21). En benämns liggande och den andra snittad. Partiklarna i det liggande provet antas visa sin största projicerade yta. I det snittade kan snittet hamna lite var som helst på kornet, vilket är en svaghet i metoden. För att föra följande resonemang måste det antas att snittet går genom kornens mitt och vinkelrätt mot den största projicerade ytan. En partikels verkliga form kan inte bestämmas med denna metod eftersom samma korn inte studeras i båda provtyperna. Genom att resultat från en liggande och en snittad yta kombineras kan man generellt bestämma hur kornen i bergarten ser ut. Om ett korn är cirkulärt/kvadratiskt i den liggande provtypen, och avlångt i den snittade så tolkas det som att den tredimensionella kornformen är flakig (som ett folieark). Om det däremot är avlångt i båda provtyperna är den tredimensionella formen stänglig ( som en stång) (Lagerblad & Trägårdh 1995). Den sista kombinationen är att båda provtyperna uppvisar cirkulära/kvadratiska korn, vilket tolkas till en rund/kubisk form. Reologitest genomförs för att kunna se hur kornformen påverkar den färska betongens rörlighet. För att kunna dra några slutsatser om hur kornformen påverkar betongens rörlighet måste den naturliga variationen i kornstorleksfördelningen hos varje prov elimineras. Sju olika tester genomfördes, vilka förklaras längre fram. Eftersom testerna ovan baseras på att alla prov ska ha samma volym, måste densiteten för de olika proverna bestämmas. Testerna genomförs för att jämföra hur de olika proverna beter sig i förhållande till varandra i olika situationer. Ett av testen är grunden för fortsatta modifieringar av storlekssammansättningen. Alla prover får i detta test samma fraktionsfördelning. På så sätt elimineras provernas naturliga kornstorleksvariationer och endast kornformen påverkar reologiresultaten. För att alla prover ska få samma fraktionsfördelning måste materialen siktas och siktkurvor upprättas för varje enskilt prov. Uppdelning i olika fraktioner behövs även för att senare kunna modifiera kornkurvan för de olika reologitesterna. Med bildanalysen studeras endast två fraktioner, som nämnts tidigare, vilka fås ut genom siktning. För att inga korn av fillerstorlek, -,75 mm, ska påverka resultaten måste dessa partiklar tas bort. Detta görs genom att allt materialet som ska användas i undersökningen, även vid reologitester, delas ner i hanterbara storlekar och tvättas i en våtsikt. Siktning är egentligen en osäker metod för att ordna upp kornen efter storlek. Om en partikel t.ex. är avlång så kan den passera en väldigt liten maskvidd i förhållande till dess längd (Figur 1) (Fernlund 1997). Och hur ska man då kunna beskriva dess egentliga storlek. Formen av varje 2

Betong med bergkrossmaterial - Kornformens inverkan på det färska brukets reologi partikel har alltså en avgörande betydelse för 3 METODER siktningsresultaten. 3.1 Inhämtning av material Figur 1) En avlång och en rund partikel passerar samma maskvidd i sikten. Trots denna osäkra metod bygger denna undersökning på siktanalys, eftersom metoden används inom industrin och ingen annan lämplig metod för fraktionsuppdelning finns att tillgå. Dessutom kommer en petrografisk undersökning av material A - I att genomföras. Detta görs bl.a. för att kunna se hur bildanalysen och reologin hänger ihop med den mineralogiska sammansättningen hos bergarten. För att se om hållfastheten hos betongen påverkas av kornformen kommer provkuber att tryckas. Proverna A-H, nedan, har inhämtats i samarbete med NCC Ballast från bergtäkter i hela landet. För att få ett representativt underlag är proverna av olika bergarter. Varje prov bestod av ca 1 kg stenmjöl. Prov I, DIN-sanden ( tysk standardsand) är jämförbar med sandfraktionen tagen ur en svensk naturgrustäkt. Detta prov köptes av CBI och levererades tvättat med en totalvikt på 5 kg. Ett slaggprov, prov K, från järnframställning och ett kalkprov, prov J, ingick också i undersökningen. Kalken som kommer från Nordkalk AB är en krossad kalksten. Den luftkylda slaggen kommer från Merox/SSAB Oxelösund. Båda dessa prover (J och K) har levererats siktade till CBI, och ingen ursprungssiktkurva var känd. Mängden som levererades var ca 2 kg. Proverna döptes till A-K Prov A Finkornig gnejsgranit, antagligen någon typ av leptit Prov B Grovkornig gnejsgranit Prov C Grovkornig gnejsgranit Prov D Medelkornig gnejsgranit Prov E Medelkornig gnejsgranit Prov F Medelkornig oomvandlad diabas Prov G Röd granit Prov H Kvartsitisk sandsten Prov I DIN-sand, kvartsrikt älvgrus Prov J Kalk Prov K Luftkyld masugnsslagg Den petrografiska kompositionen är baserad på information från Jan Bida, NCC, och Björn Lagerblad, CBI. 3

Helena Andersson TRITA-LWR Master Thesis 2-2 Karoline Wiklund 3.2 Densitet För att bestämma densiteterna för prov E-H användes Arkimedes princip. Denna princip går ut på att man sänker ned en sten i vatten, och den undanträngda vattenvolymen är lika med stenens volym. Därefter vägs stenen och densiteten räknas ut genom division av vikten och volymen. Eftersom en sten större än sex cm saknades för resterande prover uppskattades densiteten för dessa, med utgångspunkt från den petrografiska analysen, av Björn Lagerblad på CBI Stockholm, som har lång erfarenhet inom området. slammades upp, och kunde hällas igenom våtsikten. Detta upprepades tills vattnet i hinkarna var klart. Det material som hade samlats i våtsikten spolades rent och återfördes till hinkarna. Materialet torkades därefter i folieformar i ugnar på 115 graders värme över natten. 3.3 Delning Undersökningen krävde hanterbara mängder av materialet. Detta åstadkoms genom att varje prov lades i en hög, vilken delades i fyra delar. Två av dessa delar delades ytterligare en gång för att få ut den lämpliga mängden för delningsmaskinen (Figur 2). Varje sådan del placerades i maskinen, vilken består av ett såll som går ner i två stycken behållare. Materialet i en av behållarna användes för siktning. Allt resterande material sparades för eventuella vidare undersökningar. Figur 3) Våtsikt. Används till att tvätta sanden. 3.4.2 Torrsiktning När proverna hade torkat siktades de i siktar (Figur 4). Enligt norm ska siktarna vara av storlek,63,125,25,5 1, 2, 4, mm. Men i detta fall har,63-sikten bytts ut mot en,75-sikt, för att den var tillgänglig i Mark- och vattentekniks laboratorium. Cirka ett kilo placerades i siktarna vid varje skakomgång. Varje sådan omgång tog 15 minuter. När provet var färdigskakat vägdes varje fraktion och sparades i separata kärl. En siktkurva (Prentice 199) upprättades för varje prov. Figur 2) Delningsmaskin. Används för att dela ner större mängder material till, för ändamålet, hanterbara mängder. 3.4 Siktanalys 3.4.1 Våtsiktning Cirka 2 kilo av varje prov A-H våtsiktades (Figur 3). Våtsiktens maskvidd var,63 mm. Varje enskilt material placerades i hinkar, ca tre kilo i varje. Vatten tillsattes så att finare partiklar Figur 4) Sikt. Används för att dela upp materialet i olika fraktioner. 4

3.5 Bildanalys Betong med bergkrossmaterial - Kornformens inverkan på det färska brukets reologi Två olika typer av bilder var nödvändiga för att studera de tredimensionella förhållandena av kornen. I en typ av bild, den liggande, antas att kornen ligger så att den största projicerade ytan av varje partikel visas. I den andra typen, den snittade, antas att kornen i bilden är snittade genom partiklarnas mitt, och vinkelrätt mot partiklarnas största projicerade yta. 3.5.1 Snittade korn tunnslip Figur 6) Liggande korn i diabildsram. 3.5.3 Bildbehandling En liten mängd av fraktionerna,125-,25 och,5-1, lades i varsin liten plastcylinder, ca 1,5 cm i diameter, vilka lämnades till CBI. Flourocerande epoxy tillsattes till cylindrarna. Dessa ställdes sedan i en vakuumkammare där eventuell luft pressades ut. Efter 2-3 minuter togs cylindrarna ut och ställdes att stelna i rumstemperatur under en till fyra timmar. Hela cylindern sågades därefter itu, och en av halvornas yta polerades på en roterande diamantskiva. Sedan klistrades det polerade provet fast på ett objektglas med den polerade sidan nedåt. Därefter sågades provet ytterligare en gång, så att dess tjocklek knappt var en mm. Till sist slipades den sågade ytan ner så att provets tjocklek var,25-,3 mm och ett täckglas klistrades fast över provet (Figur 5). Varje provtyp placerades i ett mikroskop och bearbetades med färg och ljus, både vanligt och flourocerande ljus (Papadopoulos & Lykakis 1997), så att en tydlig bild kunde tas med en kamera kopplad till mikroskopet. Fraktionen,5-1, kunde ej studeras i mikroskop, p.g.a. dess storlek, utan en bild togs med en digitalkamera. Beroende på fraktionsstorleken användes olika okular till olika fraktioner, för tunnslipsfraktion,125-,25 användes 5 gångers okular, och för,5-1, användes 2,5 gångers okular. För diabildsfraktion,125-,25 användes 2,5 gångers okular, och för,5-1, är okularet inte definierad p.g.a. digitalkameran. Detta påverkar inte resultaten, eftersom alla parametrar bygger på inbördes jämförelse. Bilden överfördes till datorn. För själva bildbehandlingen användes bildanalysprogrammet Micro Image. 3.5.4 Uppmätta parametrar Figur 5) Tunnslipssframställning. Från hel cylinder till färdigt prov. 3.5.2 Liggande korn - diabild Genom MicroImage-programmet kan man välja mellan många uppmätta parametrar såsom kornets area, omkrets etc. I detta arbete har geometriska- och råhetsfaktorer (Widenbrant 2) varit de mest intressanta. Nedan beskrivna faktorer har valts ut. Paraffinfilm klipptes till i 5 cm² stora bitar och försågs med klister. Sedan trycktes filmen ned i respektive prov. Efter detta drogs filmen ut så att kornen, som fastnat på filmen, separerades. En diabildsram användes för att fixera filmen (Figur 6). 5

Helena Andersson TRITA-LWR Master Thesis 2-2 Karoline Wiklund F-aspect F-aspect = D_min/D_max F-aspect-värdet är kvoten av den kortaste och längsta axeln av en ellips med samma area som objektet (Figur 7a). Detta ger ett mått på kornets geometriska form. Den indelas i fyra delar: mycket avlång <,25,25 avlång <,5,5 cirkulär/kubisk <,75,75 mycket cirkulär 1. F-circle F-circle = 4πArea/Perimeter 2 F-circle är kvoten mellan arean multiplicerat med fyra pi och perimetern (kornets verkliga omkrets) i kvadrat (Figur 7b). Detta ger ett mått på kornets geometriska form. Samma indelning från mycket avlång till mycket cirkulär gäller som för F-aspect. F-shape F-shape = D min/d max F-shape är kvoten mellan objektets minsta och största diameter, som passerar igenom tyngdpunkten (Figur 7d). Detta ger också ett mått på kornets geometriska form. Samma indelning från mycket avlång till mycket cirkulär gäller som för F-aspect. F-roughness F-roughness = Perimeter ellips/perimeter F-roughness är kvoten av en anpassad ellips (troligtvis med samma area som objektet) perimeter och kornets perimeter (Figur 7e). Detta ger ett mått på kornets råhet. Råheten indelas i fyra delar: mycket rå <,25,25 rå <,5,5 slät <,75,75 mycket slät 1. F-radio F-surface F-radio = R_min/R_max F-surface = Area/Box F-radio är kvoten mellan den minsta och längsta radien som passerar genom tyngdpunkten (Figur F-surface är kvoten av objektets area och arean 7c). Detta ger också ett mått på kornets av den minsta box objektet får plats i (Figur 7f). geometriska form. Samma indelning från mycket Detta ger också ett mått på kornets råhet. avlång till mycket cirkulär gäller som för F- Samma indelning från mycket rå till mycket slät aspect. gäller som för F-roughness. a) b) c) d) e) f) Figur 7a-f) a) F-aspect; b) F-circle; c) F-radio; d) F-shape; e) F-roughness; f) F-surface 6

3.6 Petrografi Betong med bergkrossmaterial - Kornformens inverkan på det färska brukets reologi Den petrografiska undersökningen bestod av punkträkning i tunnslip. I punkträkning flyttas en punkt med jämna steg över en bild på provet, och varje mineral punkten hamnar på bestäms. Undersökningen genomfördes av Björn Lagerblad, Cement och betonginstitutet (CBI). Volymen för alla proverna ska vara konstant vid viskosimetertesten. Eftersom proverna har olika densitet innebär det att en omräkning var nödvändig för att de skulle få samma volym. Förhållandet mellan pasta och ballast är 45 % respektive 55 %. 3.7 Reologi 3.7.1 Viskosimetertest Vid reologimätningarna användes en dynamisk viskosimeter. (Figur 8) Figur 8) Viskosimeter kopplad till en dator. Denna apparat mäter bl.a. flytgränsspänning (yield stress), τ och plastisk viskositet (plastic viscosity), µ, vilka var de intressanta parametrarna i denna studie. Flytgränsspänning är ett mått på hur mycket energi som krävs för att sätta betongen i rörelse, d.v.s. hur lätt den börjar att flyta. Plastisk viskositet beskriver hur suspensionen flyter när den väl är i rörelse. Betong är en icke-newtonsk vätska som baseras på Binghams teori (Figur 9). Figur 1) Hobartblandaren. Denna maskin används som omrörare till de olika reologitesterna. Syntetpastan framställdes genom att de torra ingredienserna blandades några sekunder i en Hobartblandare (Figur 1). Vatten tillsattes därefter till blandningen och allt blandades i ytterligare en minut på lägsta hastighet. Pastan rördes om för hand, sedan användes Hobartblandaren i ytterligare två minuter på högsta hastighet. Pastan rördes om för hand igen och sedan i Hobartblandaren i ytterligare två minuter på den högre hastigheten. Testerna förbereddes genom att ballasten för varje prov torrblandades i Hobartblandaren. Mängden pasta för det aktuella testet tillsattes och allt blandades i två minuter. Provet rördes om för hand, sedan användes Hobartblandaren i ytterligare en minut. Då endast pasta tillsattes omrördes provet i Hobartblandaren under totalt fyra minuter. Vid försöket med cementpasta torrblandades ballasten med cementen i några sekunder, för att cementen inte skulle börja reagera med vattnet i förtid. Därefter tillsattes vatten och allt kördes i Hobartblandaren på låg hastighet i en minut. Sedan rördes blandningen om för hand, och därefter ytterligare två minuter på hög hastighet med Hobartblandaren. Ännu en gång rördes blandningen om för hand och sedan en minut i Hobartblandaren på hög hastighet. Reologitesterna utfördes med olika ballastsammansättningar, vilka redovisas nedan. Figur 9) Plastisk viskositet och flytgränsspänning enligt Binghams modell (Hassenrück 1999, Billberg 1999) 7

Helena Andersson TRITA-LWR Master Thesis 2-2 Karoline Wiklund 1. Ursprungssiktkurva - naturlig fraktionssammansättning 2. Medelkurva - En konstgjord kurva togs fram för att eliminera den naturliga storleksvariationen hos varje prov och på så sätt bara kunna studera partikelformens påverkan på reologin. Detta gjordes genom att medelvärdet för alla procentsatser i varje enskild fraktion räknades fram. Av dessa medelvärden konstruerades en medelsiktkurva. Alla proverna korrigerades så att de fick denna medelkurva, d.v.s. alla prov har lika stor andel av varje fraktion. Detta kan därför användas som referensprov. 3. Tillsats fin - 4 % extra av fraktionen,75-,125 samt,125-,25 och 3 % av fraktionen,25-,5 tillsattes till medelkurvan. 4. Tillsats grov - 8 % extra av fraktionen,5-1, samt 1,-2, tillsattes till föregående provomgång. 5. Pastatillsats 1 - Pastamängden ökades med ca 6 g till de redan modifierade proverna. 6. Pastatillsats 2 - Ytterligare ca 3 g pasta tillsattes till föregående försök. 7. Cement - Pastan ersattes med cement till medelkurvan. Vanlig byggcement användes. Detta bruk användes sedan till provkubsgjutningarna. Mängderna som skulle tillsättas av de fina och grova fraktionerna bestämdes genom att siktkurvorna med tillsatserna ändrades så att de låg över och under medelsiktkurvan (Figur 11), men samtidigt inte över eller under den ursprungliga högsta respektive lägsta kurvan. Efter varje provomgång vägdes den kvarvarande blandningen, och varje tillsatsmängd räknades ut grundat på den kvarvarande vikten i varje fraktion. Blandningen antogs vara homogen, vilket resulterade i att förlusterna inte ändrade några inbördes förhållanden, varken mellan pasta/ballast eller fraktionernas procentsatser. Vid försöken med pastatillsats användes tre liter av tillsats grov-blandningen. Exakta tillsatsmängder redovisas i bilaga 8.3. Ack % 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1,75-,125,125-,25,25-,5,5-1 1,-2, Fraktioner Medel Ökning fin Ökning grov Figur 11) Medelkurvans position efter ökning av först de fina fraktionerna och sedan de grova fraktionerna. Viskosimetern ( Figur 8) består av en behållare, i vilken provet hälls, som placeras i apparaten. En cylinder omsluten av en omrörare förs ner i provet. Under mätningen roterar omröraren i provet. För att inte hela provet ska rotera med omröraren så är behållaren klädd med en räfflad gummimatta. Apparaten är kopplad till en dator som registrerar mätvärdena. Varje mätning tar 1-2 minuter. Stamlösningen innehåller silika stoft som består av amorf silika i nanostorlek och är en biprodukt från Ferro silicium tillverkning, finmald kvarts som har en kornstorlek ungefär som cement och vatten. 3.7.2 Provkuber Kubernas mått är 15*15*15 cm. Innan användningen oljades stålkubformarnas insida in. Betongen hälldes i formarna och vibrerades. Efter det placerades kuberna i ett rum med 1 % luftfuktighet. Efter ett dygn avformades de och efter fem dygn flyttades de till ett rum med 5 % luftfuktighet. Där stod de i 23 dygn. Därefter utfördes tryckhållfasthetstest av CBI. 8

Betong med bergkrossmaterial - Kornformens inverkan på det färska brukets reologi 4 RESULTAT 4.1 Densitet Tabell 1) De olika provernas denisteter. Prov A B C D E F G H I J Densitet (t/m³) 2,65 2,65 2,8 2,65 2,54 3,3 2,55 2,6 2,65 2,72 4.2 Siktanalys Siktkurva (,75-2) 1 9 8 Ack % 7 6 5 4 3 2 Prov A Prov B Prov C Prov D Prov E Prov F Prov G Prov H Prov I 1,75-,125,125-,25,25-,5,5-1 1,-2, Fraktioner Figur 12) Resultat av siktningen. De olika provernas siktkurvor visas i diagrammet. De exakta vikterna och procentsatserna redovisas i bilaga 8.1. 9

Helena Andersson TRITA-LWR Master Thesis 2-2 Karoline Wiklund 4.3 Bildanalys 4.3.1 Snittade och liggande objekt Nedan redovisas endast faktor F-aspect (Figur 13) för samtliga prov. Från vänster till höger i varje stapelgrupp ses,125 snittade,,125 liggande,,5 snittade och,5 liggande. Om man kombinerar de snittade och liggande formresultaten för varje prov, kan man ur diagrammen se att prov I är klart rundast eftersom det har mestadels cirkulära till mycket cirkulära pariklar i både den snittade och liggande typen. Prov B och C är de klart flakigaste proven, eftersom deras korn är cirkulära i den liggande provtypen och avlånga i den snittade provtypen. Prov H är relativt runt och prov D och E är relativt flakiga. De övriga proverna har ganska lika kornform. Övriga resultat redovisas i bilaga 8.2. Prov A F-aspect 7 6 5 4 3 2 1,125 snittade,125 liggande,5 snittade,5 liggande Prov B F-aspect 7 6 5 4 3 2 1,125 snittade,125 liggande,5 snittade,5 liggande 1

Betong med bergkrossmaterial - Kornformens inverkan på det färska brukets reologi Prov C F-aspect 7 6 5 4 3 2 1,125 snittade,125 liggande,5 snittade,5 liggande Prov D F-aspect 7 6 5 4 3 2 1,125 snittade,125 liggande,5 snittade,5 liggande Prov E F-aspect 7 6 5 4 3 2 1,125 snittade,125 liggande,5 snittade,5 liggande Prov F F-aspect 7 6 5 4 3 2 1,125 snittade,125, liggande,5 snittade,5 liggande 11

Helena Andersson TRITA-LWR Master Thesis 2-2 Karoline Wiklund Prov G F-aspect 7 6 5 4 3 2 1,125 snittade,125 liggande,5 snittade,5 liggande Prov H F-aspect 7 6 5 4 3 2 1,125 snittade,125 liggande,5 snittade,5 liggande Prov I F-aspect 7 6 5 4 3 2 1,125 snittade,125 liggande,5 snittade,5 liggande Prov J F-aspect 7 6 5 4 3 2 1,125 snittade,125 liggande,5 snittade,5 liggande Figur 13) Bildanalysresultat 12

Betong med bergkrossmaterial - Kornformens inverkan på det färska brukets reologi 4.4 Petrografi Tabell 2) Bergartsanalys. En bergart består av flera mineral som sitter ihop. Vid krossning spjälkas bergarten upp i antingen mindre bergartskorn eller enbart mineral. Tabellen visar om proven består av bergartsfragment eller mineral, i en sjugradig skala, i de olika fraktionerna. 1. Mineral, 2. Mineral med enstaka bergart, 3. Mineral med bergart, 4. Mineral/bergart, 5. Bergart med mineral, 6. Bergart med enstaka mineral, 7. Bergart Sikt i mm A B C D E F G H I,75 2 1 1 1,125 4 1 2 2 2 2 3 3 2,25 5 2 3 4,5 6 4 4 5 5 5 5 6 4 Tabell 3) Punkträkning i tunnslip snittad yta. Tabellen visar vilken mineralogisk sammansättning de olika proverna har. Antalet punkter som ligger i respektive mineral räknas. Prov,125 A B C D E F G H I Mineral/Bergart Kvarts 2 35 22 34 34 33 77 87 Fältspat 13 13 21 42 46 59 4 1 5 Biotit 5 43 42 11 7 2 1 Muskovit 1 4 1 4 Amfibol 4 8 Pyroxen 23 Salisk Bergart 2 58 1 8 4 6 22 15 8 Mafisk Bergart 3 6 2 2 4 7 3 7 Prov,5 A B C D E F G H I Mineral/Bergart Kvarts 19 4 12 1 1 9 54 Fältspat 21 16 25 1 13 1 1 Biotit 19 4 3 1 Muskovit 1 Amfibol Pyroxen 9 Salisk Bergart 84 28 56 5 83 49 83 81 41 Mafisk Bergart 16 13 21 1 5 29 5 1 4 2 Med salisk bergart menas att punkten ligger i kvarts eller fältspat. 3 Med mafisk bergart menas att punkten ligger i biotit, muskovit, pyroxen, magnetit eller amfibol. 13

Helena Andersson TRITA-LWR Master Thesis 2-2 Karoline Wiklund 4.5 Reologi Tabell 4) Medelkurvans procentsatser Siktar Vikt kvar i sikten (g) % Ackum. %,75-,125 1472,7 7,9 7,9,125-,25 334, 16,4 24,3,25-,5 395,4 16,7 41,,5-1 4937,5 26,6 67,6 1,-2, 61,5 32,4 1, Total 1855,1 1, Reologiresultaten (Figur 15-22) redovisas nedan. Prov K är ej redovisat p.g.a. att det inte gick att få fram resultat av reologitestet. Efter ytterligare observationer konstaterades att detta prov var poröst, och alltså sög åt sig vätskan från pastan, vilket gjorde provet väldigt styvt. Siktkurva (,75-2) Ack % 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Prov A Prov B Prov C Prov D Prov E Prov F Prov G Prov H Prov I Medel,75-,125,125-,25,25-,5,5-1 1,-2, Fraktioner Figur 14) Siktkurvor med inritad medelkurva, vilken proverna anpassades till vid reologiförsöken. 14

Betong med bergkrossmaterial - Kornformens inverkan på det färska brukets reologi 4.5.1 Resultatdiagram viskosimetertest 6 5 Plastisk viskositet [Pas] 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Flytgränsspänning [Pa] Prov A stamlösning (medel) Prov D stamlösning (medel) Prov E stamlösning (medel) Prov F stamlösning (medel) Prov G stamlösning (medel) Prov H stamlösning (medel) Prov I stamlösning (medel) Prov J stamlösning (medel) Prov A cement (medel) Prov D cement (medel) Prov E cement (medel) Prov F cement (medel) Prov G cement (medel) Prov H cement (medel) Prov I cement (medel) Prov J cement (medel) Prov B stamlösning (medel) Prov C stamlösning (medel) Prov B cement (medel) Prov C cement (medel) Figur 15) Stamlösning medelkurva mot cement medelkurva. Här ser man att de olika proverna följer samma inbördes ordning. De som är tröga i stamlösningen är även tröga i cementlösningen, fast med lägre flytgränsspänning och plastisk viskositet i cementförsöken. Detta visar att hypotesen att stamlösningen motsvarar cementen gäller, p.g.a. den inbördes ordningen. Prov B och C har mycket högre värden än de övriga proverna och kommer därför att redovisas i separata diagram. Dock kommer inte prov B och C att redovisas för medelkurvan, tillsats fin och tillsats grov då dessa värden inte är riktigt tillförlitliga. Här visas de för att styrka teorin att den inbördes ordningen är den samma vid både cement- och stamlösningsförsök. Prov J avviker dock från mönstret. 35 3 Plastisk viskositet [Pas] 25 2 15 1 5 5 1 15 2 25 3 35 4 Flygränsspänning [Pa] Prov A ursprung Prov D ursprung Prov E ursprung Prov F ursprung Prov G ursprung Prov H ursprung Prov I ursprung Prov A medel Prov D medel Prov E medel Prov F medel Prov G medel Prov H medel Prov I medel Figur 16) Ursprungskurva mot medelkurva. Med hjälp av denna figur och figur 12 kan man läsa att om ett material har stor andel finmaterial och lite andel grovt material i ursprungsprovet leder detta till att provet rör sig trögare än den sedan anpassade medelkurvan. Detta kan man tydligt se på prov E och prov H. Sedan finns det prov som har mer fint material, men mycket mer grovt material, som prov G. Ett sådant prov kommer att röra sig mer trögt i medelkurvan än i ursprungskurvan. Prov F rör sig precis tvärt om, eftersom den har en mindre andel finmaterial och en något större andel grovt material. 15

Helena Andersson TRITA-LWR Master Thesis 2-2 Karoline Wiklund 35 3 Plastisk viskositet [Pas] 25 2 15 1 5 5 1 15 2 25 3 35 4 Flytgränsspänning [Pa] Prov A medel Prov D medel Prov E medel Prov F medel Prov G medel Prov H medel Prov I medel Prov J medel Prov A tillsatt fin Prov D tillsatt fin Prov E tillsatt fin Prov F tillsatt fin Prov G tillsatt fin Prov H tillsatt fin Prov I tillsatt fin Prov J tillsatt fin Figur 17) Medelkurvan mot tillsats finmaterial. När en tillsats av fint material gjorts så visar alla proverna sämre rörlighet än medelkurvan. Som en följd av detta gav inte prov B och C något resultat här heller. 35 3 Plastisk viskositet [Pas] 25 2 15 1 5 5 1 15 2 25 3 35 4 Flytgränsspänning [Pa] Prov A medel Prov D medel Prov E medel Prov F medel Prov G medel Prov H medel Prov I medel Prov J medel Prov A tillsatt grov Prov D tillsatt grov Prov E tillsatt grov Prov F tillsatt grov Prov G tillsatt grov Prov H tillsatt grov Prov I tillsatt grov Prov J tillsatt grov Figur 18) Medelkurva mot tillsats grovt material. I detta fall minskar flytgränsspänningen generellt, det enda undantaget är prov E. 16

Betong med bergkrossmaterial - Kornformens inverkan på det färska brukets reologi 35 3 Plastisk viskositet [Pas] 25 2 15 1 5 5 1 15 2 25 3 35 4 Flytgränsspänning [Pa] Prov A tillsatt fin Prov D tillsatt fin Prov E tillsatt fin Prov F tillsatt fin Prov G tillsatt fin Prov H tillsatt fin Prov I tillsatt fin Prov J tillsatt fin Prov A tillsatt grov Prov D tillstt grov Prov E tillsatt grov Prov F tillsatt grov Prov G tillsatt grov Prov H tillsatt grov Prov I tillsatt grov Prov J tillsatt grov Figur 19) Tillsats finmaterial mot tillsats grovt material. Här syns tydligt att alla proverna blir betydligt rörligare då andelen grovt material ökar. Både flytgränsspänningen och den plastiska viskositeten minskar. Detta visar att prov E som betedde sig märkligt i föregående test, påverkas av någon ytterligare faktor. 35 3 Plastisk viskositet [Pas] 25 2 15 1 5 5 1 15 2 25 3 35 4 Flytgränsspänning [Pa] Prov A tillsatt grov Prov D tillsatt grov Prov E tillsatt grov Prov F tillsatt grov Prov G tillsatt grov Prov H tillsatt grov Prov I tillsatt grov Prov J tillsatt grov Prov A pastatillsats 1 Prov D pastatillsatts 1 Prov E pastatillsatts 1 Prov F pastatillsatts 1 Prov G pastatillsatts 1 Prov H pastatillsatts 1 Prov I pastatillsatts 1 Prov J pastatillsatts 1 Figur 2) Tillsats grov mot pastatillsats 1. Som förväntat blev alla proverna mer rörliga förutom J. Dessutom fick alla en mindre plastisk viskositet förutom prov D. 17

Helena Andersson TRITA-LWR Master Thesis 2-2 Karoline Wiklund 35 3 Plastisk viskositet [Pas] 25 2 15 1 5 5 1 15 2 25 3 35 4 Flytgränsspänning [Pa] Prov A pastatillsats 1 Prov D pastatillsats 1 Prov E pastatillsats 1 Prov F pastatillsats 1 Prov G pastatillsats 1 Prov H pastatillsats 1 Prov I pastatillsats 1 Prov J pastatillsats 1 Prov A pastatillsats 2 Prov D pastatillsats 2 Prov E pastatillsats 2 Prov F pastatillsats 2 Prov G pastatillsats 2 Prov H pastatillsats 2 Prov I pastatillsats 2 Prov J pastatillsats 2 Figur 21) Pastatillsats 1 mot pastatillsats 2. Ytterligare förbättring av alla proverna, förutom J som avviker. 35 3 Plastisk viskositet [Pas] 25 2 15 1 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Flytgränsspänning [Pa] Prov B cement (medel) Prov C cement (medel) Prov B pastatillsats 1 Prov B pastatillsats 2 Prov C pastatillsats 1 Prov C pastatillsats 2 Figur 22) Cement (medelkurva) för prov B och C och pastatillsats 1 mot pastatillsats 2 för prov B och C. Precis som övriga prov får prov B och C bättre reologiska värden då mer pasta tillsätts. Dessa prover har lagts i ett annat diagram p.g.a. att deras mätvärden är så pass mycket högre än de övrigas. 18

Betong med bergkrossmaterial - Kornformens inverkan på det färska brukets reologi 4.6 Tryckhållfasthet hos kuber Tabell 5) Tryckhållfasthet hos kuber. För fullständigt protokoll se bilaga 8.4. Prov Tryckhållfasthet [MPa] A 64,9 B 5, C 49,7 D 59,1 E 53,5 F 59, G 62,6 H 61,7 I 63,9 J 57,6 Här kan konstateras att spridningen är ganska stor mellan de olika provernas tryckhållfasthet. Prov I har avsevärt bättre tryckhållfasthet än de övriga proverna. Prov B och C uppvisar de sämsta tryckhållfastheterna. 5 DISKUSSION 5.1 Bildanalys Då en bergart krossas delar den i huvudsak upp sig efter bergartens och mineralernas textur och struktur. Och ju mer den krossas desto mer delar den upp sig i enskilda mineral. Om ett prov då innehåller mineraler med flakig form, blir de finare fraktionerna mer flakiga än de grövre, i vilka kornen består av flera olika slags mineraler. Om en bergart är grovkornig är mineralkornen större och vid uppspjälkning blir det ett enskilt mineral redan i de grova fraktionerna. I en finkornig bergart kan kornen fortfarande, i de fina fraktionerna, vara bergartsfragment. Alla parametrar som redovisats i 3.5.4 Uppmätta parametrar, har bearbetats och studerats. Vissa av faktorerna visade sig inte vara så utslagsgivande. Dessutom är vissa av dem uppbyggda på ett sätt som inte tillförlitligt kan beskriva formen. Dessa är F-radio och F-shape. För att få fram dessa utnyttjas sträckor som går genom kornets tyngdpunkt. Vissa former har dock en tyngdpunkt som ligger utanför själva kornet, och hur mäter man då t.ex. minsta radien? Sådan form har t.ex. en banan (Figur 23). TP Figur 23) Sådan här kornform genererar problem vid användandet av F-radio och F-shape eftersom de utnyttjar avstånd, som går igenom objektens tyngdpunkter. Hur definieras t.ex. radien hos en partikel med tyngdpunkten utanför själva partikelkroppen? Det var känt genom petrografiundersökningen att prov B och C var glimmerrika, och alltså mestadels flakiga, och att prov I var runt/kubiskt. Med denna vetskap studerades faktordiagrammen och den faktor som visade detta tydligast valdes ut för fortsatt bearbetning, och detta var F-aspect. 19

Helena Andersson TRITA-LWR Master Thesis 2-2 Karoline Wiklund 1,9,8 Flakig Rund/kubisk Liggande,7,6,5,4,3,2,1 Stänglig Prov A Prov B Prov C Prov D Prov E Prov F Prov G Prov H Prov I Prov J,1,2,3,4,5,6,7,8,9 1 Snittade Figur 24) Siktfraktion,125-,25. Kombinerat snittade och liggande korn. Här syns vilka av proverna som är flakiga, stängliga eller runda/kubiska. Prov I är klart rundast. Inget prov är stängligt. Prov B är mest flakigt och mellan dessa extremer ligger alla prover någorlunda samlade i mitten. Värdet som använts är F-aspects medelvärde. 1,,9,8 Flakig Rund/kubisk Liggande,7,6,5,4,3 Prov A Prov B Prov C Prov D Prov E Prov F Prov G Prov H Prov I Prov J,2,1 Stänglig,,,1,2,3,4,5,6,7,8,9 1, Snittade Figur 25) Siktfraktion,5-1,. Kombinerat snittade och liggande korn. I fraktion,5 så blir de flesta prov mer runda/kubiska, vilket tyder på att de enskilda mineralerna är åt det flakiga hållet, men att de sammankittade till bergartsfragment blir mer runda/kubiska. Tvärtom gäller för prov F och E. 2

Betong med bergkrossmaterial - Kornformens inverkan på det färska brukets reologi 5.2 Reologi Det som kan konstateras utifrån de rena reologiresultaten är att andelen finmaterial påverkar rörligheten. Ju mer sådant material desto trögare rör sig massan. För att kunna utvärdera dessa reologiska resultat måste en sammankoppling göras med kornformerna för varje enskilt material. För denna jämförelse användes parametern F-aspect. Denna kopplas samman med både flytgränsspänning och plastisk viskositet och detta åskådliggörs i diagrammen nedan. Precis som antagits rör sig prov I bäst och har också en mycket rund kornform. Och den mest flakiga var prov B som rörde sig mycket dåligt i jämförelse med de andra proverna i reologiförsöken. Även prov C rörde sig extremt dåligt. Prov C ligger inte åt det kraftigt flakiga hållet, men innehåller i de två finaste fraktionerna cirka 45 procent glimmer, men är i resterande fraktioner inte så väldigt flakig, vilket resulterar i att det enligt bildanalysen skulle förväntas ge bättre reologiresultat. Prov F uppförde sig inte riktigt som förväntat om man endast ser till F-aspect värdet, enligt vilket reologin skulle ha varit bättre. Därför studerades ytterligare faktorer för detta prov. Prov F skilde inte ut sig i någon av de faktorer som valts. Men vid studier av provet i mikroskop så uppvisar prov F mer taggiga korn än övriga prover (Figur 26), vilket troligen är orsaken till att detta prov är mindre rörligt än de med för övrigt liknande kornform. Nedan redovisade diagram gäller för fraktionen,125. Teckenförklaring ( Figur 27). Figur 26) Längst till vänster ses prov F därefter prov E, H och D. Alla proverna som visas här är snittade. I denna jämförelse syns tydligt att prov F:s korn har en taggigare yta. Figur 27) Teckenförklaring till de sex nedanstående diagrammen. 21

Helena Andersson TRITA-LWR Master Thesis 2-2 Karoline Wiklund 4 35 35 3 Flytgränsspänning [Pa] 3 25 2 15 1 25 2 15 1 Plastisk viskositet [Pas] 5 5,35,4,45,5,55,6,65,7,75 F-aspect medel Figur 28) Medelkurva flytgränsspäning/plastisk viskositet. Eftersom ett rundare korn har högre F-aspect medelvärde och lägre flytgränsspänning och plastisk viskositet än ett flakigt korn så ska man kunna anpassa en rät linje nerifrån det högra diagramhörnet upp mot det vänstra. Detta gäller även för alla nedanstående diagram. Tyvärr är förklaringen inte riktigt så enkel, utan även andra faktorer än formen spelar in. Den plastiska viskositeten följer den tänkta linjen bättre än flytgränsspänningen. Detta kan bero på att när ytspänningskrafterna har brutits upp och provet satts i rörelse, så är det inte lika svårt att hålla det i rörelse, vilket den plastiska viskositeten mäter. En korrelation mellan flytgränsspänningen och den plastiska viskositeten kan ses. 4 35 35 3 Flytgränsspänning [Pa] 3 25 2 15 1 25 2 15 1 Plastisk viskositet [Pas] 5 5,35,4,45,5,55,6,65,7,75 F-aspect medel Figur 29) Tillsats fin flytgränsspänning/plastisk viskositet. Här kan man endast se att alla proverna rör sig trögare vilket redan har konstaterats. Det beror på att om bergarten innehåller flakiga mineral så är de inte inbundna med andra mineral till bergartsfragment utan är fria i dessa fraktioner, och påverkar på så sätt reologin negativt. Men även de prov som helt saknar glimmer blir också sämre vilket betyder att en stor andel finmaterial leder till en styvare betong. I vanlig betong har detta beteende korrigerats genom tillsats av ytaktiva medel s.k. superplasticerare. 22

Betong med bergkrossmaterial - Kornformens inverkan på det färska brukets reologi 4 35 35 3 Flytgränsspänning [Pa] 3 25 2 15 1 25 2 15 1 Plastisk viskositet [Pas] 5 5,35,4,45,5,55,6,65,7,75 F-aspect medel Figur 3) Tillsats grov flytgränsspänning/plastisk viskositet. I dessa fraktioner är de flesta provens korn bergartsfragment, vilket gör att de prov som innehåller många flakiga mineraler ej uppvisar en flakig form i de grövre fraktionerna, vilket leder till att reologivärdena blir bättre för alla prov. Det kan även konstateras att spridningen i de reologiska värdena minskar, eftersom finmaterialet inte längre är dominerande p.g.a. den rejält ökade mängden grovt material. 4 35 35 3 Flytgränsspänning [Pa] 3 25 2 15 1 25 2 15 1 Plastisk viskositet [Pas] 5 5,35,4,45,5,55,6,65,7,75 F-aspect medel Figur 31) Tillsats pastamängd 1 flytgränsspänning/plastisk viskositet. I detta försök kan ses att spridningen för alla proverna minskar ytterligare, eftersom endast pasta tillsattes och varje partikel får mer utrymme att röra sig på. Prov J reagerar kraftigt, åt motsatt håll mot övriga prover, vid tillsatsen. Detta beror antagligen på att J innehåller kalksten som har en annan ytladdning än mineralen i de andra bergarterna, vilket ger upphov till flokkulering i den syntetiska pastan. I verklig cementpasta som har annorlunda vattenkemi sker detta inte. Detta gör att man även måste ta i beaktande den enskilda mineralogin. 23