Modelleringsverktyg för krossat berg i betong ett strategiskt projekt inom MinBaS Innovation Verktyg baserat på betong betraktad som partiklar > 0,125 och mikrobruk Björn Lagerblad Hans-Erik Gram
Indata Partiklarnas egenskaper bestäms på torra material genom siktkurvan och packning av både fin och grov ballast Mikrobrukets egenskaper bestäms med hjälp av Utflytstester i minislumpkon
Mikrobruket en tredjedel av betongen Mikrobruket utgör den kontinuerliga fasen och bestäer betongens reologi. Partiklar > 0,125 har inte alls lika stor inverkan på betongens reologi. Mikrobrukets reologi bestäer således betongens reologi
Mikrobruket Mikrobruket utgörs av cementpartiklar och ballastpartiklar i vatten. I mikrobruket kan också ingå tillsatsmaterial som flygaska eller slagg eller filler Dessutom finns små luftporer och ofta även flytmedel och andra tillsatser. Mikrobrukets reologi bestäms både av de ingående partiklarnas kornform och den saansatta siktkurvan, partiklarnas yta och volymandel i förhållande till vattnets volym (partikelkoncentration uttryckt som vattenpulvertal) Inom detta projekt har CBI har studerat mikrobruket.
Kornformen har stor inverkan på viskositeten Mikrobrukets viskositet påverkas i hög grad av kornformen. Runda korn kan tillsättas i mycket högre koncentrationer än platta partiklar vid viss önskad viskositet.
Lasersiktkurvor för ballast < 0,125
20 % Filler och 80% Bascement Page 7 - dd..yyyy Name of presentation - author Andreasen-kurva
Ändring i reologi vid olika volymer fillertillsats Vpt är starkt kopplat till mikrobrukets viskositet Andel filler % vpt (volym) 0 1,2 10 1,09 20 1,00 30 0,92 40 0,86 Andelen filler får större och större inverkan på reologin, ju större dess volymandel är. Notera även att skillnaderna mellan olika filler ökar med ökande volymandel! Page 8 - dd..yyyy
Mikrobruk med olika filler (40%) och flytdoser Om man antar att andelen 0-4 eller 0-8 fingrus uppgår till 1000 kg i betongen och att cementhalten är 400 kg, så motsvarar 40 % filler en halt partiklar < 0,125 på cirka 13 %. Flytdos för natur 3 g Flytdos för kross 5,5 g OBS andelen partiklar < 0,125 i naturgrus är betydligt lägre än de 13 % jämförelsen bygger på!!!! Därför kan flytdosen för betong med naturgrus ligga på kanske halva värdet 1,5 g?
Förenklad metod för bestämning av fillerns vatten/flytmedelsbehov Välj en lämplig andel filler i förhållande till andel cement. Ju högre andel filler, desto större skillnader framträder mellan olika filler. Vi har valt 2 viktandelar cement och en viktandel filler vilket är cirka 60 % filler. I en betong med 400 kg cement är då andelen ballastpartiklar < 0,125 cirka 20 %. I en betong med 300 kg cement blir andelen 50%. Bestämningen görs i två steg 1) Bestäm cementets vattenbehov 2) Bestäm vattenbehovet för en filler/cement blandning
Cementets vattenbehov Protokoll Täkt: namn Korndensitet 3000 utflyt 0 utflyt 100 Cementets den 3000 vikt volym Mikrobruk Slite BAS 60 g 20 sua volym SLITE BAS 30 g 10 30 30 30 Vatten 36 45 54 63 72 Utflyt 40 48,5 86,5 134 164 vpt 1,2 1,5 1,8 2,1 2,4 2 10,5 48,5 96 126 x y VPT för 0 och 100 utflyt vpt utflyt utflyt - 38 k l kontroll y=46,5 y=0 y=100 1,20 40 2 x=(y-l)/k 1,2 1,181 2,138 2,10 134 96 y=k*x + l 104,4444-123,333 I vårt försök drar pulverblandningen: 1 liter mikrobruk drar 1,534 liter vadet drar i detta fall 28,8*1,534 = 35,42553 g vatten för utflyt 0 90 g Bascement drar 44,1875 g vatten, dvs 0,394 för utflyt 0 1 liter mikrobruk drar2,619 liter vatten vid utflyt 100 64,14894 g vatten för utflyt 100 90 g Bascement drar 75,4375 g vatten, dvs 0,713 för utflyt 100 Slite Bascement har vattenbehovet 0,394 l/kg cement vid utflyt 0 och 0,713 vid utflyt 100.
Fillrets vattenbehov Protokoll Täkt: namn Korndensitet 2720 utflyt 0 utflyt 100 Cementets den 3000 0,394 0,713 vikt volym Mikrobruk Bascement 60 g 20 sua volym 0-0,125 30 g 11,03 31,03 Vatten 36 45 54 Utflyt 40 67 124 vpt 1,16019 1,450237 1,740284 2 29 86 x y VPT för 0 och 100 utflyt vpt utflyt utflyt - 38 k l kontroll y=46,5 y=0 y=100 1,16 40 2 x=(y-l)/k 1,16019 1,146 1,837 1,74 124 86 y=k*x + l 144,8039-166 I vårt försök drar pulverblandningen: 1 liter mikrobruk drar 1,134 liter vadet drar i detta fall 30,91*1,134 = 35,57143 g vatten för utflyt 0 1 liter mikrobruk drar 1,905 liter vatten vid utflyt 100 57 g vatten för utflyt 100 Cementet drar 60 g * 0,475 = 23,64 Återstår 35,5-28,5 = 11,93143 g vatten för utflyt 0 Fillret drar 0,398 utflyt 0 Cementet drar 60 g * 0,710 = 42,78 14,22 g vatten för utflyt 100 0,474 utflyt 100 Fillret drar lika mycket vatten som Bascementet vid utflyt 0, men betydligt mindre vid utflyt 100.
Jämförelse mellan två fina ballaster i betong en natur och en kross Fin ballast av konkrossat berg (0-4 ) Grov ballast av krossat berg 8-16
Övriga indata egenskaper Indata Material Fin ballast natur Fin ballast krossberg Grov ballast krossat berg 8-16 Bascement Densitet kg/m3 2650 2750 3040 3000 Lös packning 0,6633 0,5357 0,5047 vattenbehov 0 utflyt 0,35 0,38 0,394 vattenbehov 100 utflyt 0,361 0,537 0,713 Andel partiklar < 0,125 6,90% 11,10% 0,80% 100%
Recept för de två betongerna Vattencementtal 0,7 Andel fin ballast 45 % Sättmått 10 och 100 Vad blir det för recept för fin ballast av krossat berg resp natur?
Nu kan vi mata in nedanstående data Densitet kg/m3 Lös packning Kornkurva För cementet räcker det med att mata in densitet
1 4 Fyll i indata ändra på cementhalten i gula rutan tills K = 9 Läs av viktandelar fin o grov ballast samt vattenhalt Partikelfördelning - - - - - Particle Coverage 56 µm Hm (PMM) 0,317 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05-0,25 μm Filling diagram 0,25 0,001 0,004 0,016 0,063 0,25 16 63 0,5 0,001 0,002 0,004 0,008 0,016 0,032 0,063 0,125 0,25 0,5 1 2 4 8 16 31,5 63 μm Fin ballast natur 0-8 Grov ballast av krossat berg 8-16 - - - Saansatt CPM Saansatt PMM Ballastkurva Optimeringsdetaljer CPM PMM Solidvolym från ballast 70,9% 70,4% Viktandel ballast 82,0% 81,6% Densitet 2468 kg / m3 2462 Total mängd ballast 2023 kg / m3 2008 Vattencementtal 0,7 λ q = Total volym (l) 1000 1000 w im = K (avvikelse) = 9,003332130 (0,00333212984447862) S = 0,724 Kstd.av. = 1,662 Kmin = Kmin 0,00 S/SV 1,059996 Kmax 5,22 Suafel mot Ki = K / 25 - Std.av. K 1,6617 S 0,72370650 C/SV+StdAvK 2,16 SV 0,68274459 Optimerad mängd (kg/m3) kg/m3 270,6 Cementpasta (hålrum i liter exklusive luft) Densitet Kf 0,25 μm 0,5 μm 0,001 0,002 0,004 0,008 910,1 Fin ballast natur 0-8 2650 1 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 1112,4 Grov ballast av krossat berg 8-16 3040 1 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,0-2770 1 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,0-2770 1 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,0-2770 1 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Bascement Slite 3000 0,18 0,00 0,00 0,60 4,90 15,30 32,60 Saansatt CPM - - 0,07 0,54 1,68 3,57 Saansatt PMM - - 0,07 0,55 1,72 3,66 Ballastkurva - - - - - - CalculateVolumeFromWeight (Cement) 0,00000 0,00000 0,00052 0,00375 0,00908 0,01510 Kornkurvor Sök K med låsta materialmängder Andelar fin och Grov ballast Ange cementmängd i kilo samt proportion för ett av delmaterialen. Cementmängd 261,9 kg/m3 Vatten 183,3 liter Pastavolym (exklusive luft) 270,6 liter Ballastvolym 709,4 liter K= 9,003 Proportion Zeta Eta Theta l/m3 kg/m3 Kontroll Fin ballast natur 0-8 45,00% 1458 1,94 0,48416 343 910 0,45 1463 Grov ballast av krossat berg 8-16 55,00% 1368 2,07 0,51584 366 1112 0,55 1000 4,00 SM 10 100% 50% 0% Beta (parametrisk) um um 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Beta Fin ballast natur 0-8 Beta Grov ballast av krossat berg 8-16 Material 250 500 0,001 0,002 0,004 0,008 Beta Fin ballast natur 0-8 66,33% 66,33% 66,33% 66,33% 66,33% 66,33% Beta Grov ballast av krossat berg 8-16 m 50,47% 50,47% 50,47% 50,47% 50,47% 50,47% Beta - 50,47% 50,47% 50,47% 50,47% 50,47% 50,47% Beta - 65,80% 65,80% 65,80% 65,80% 65,80% 65,80% Beta - 65,80% 65,80% 65,80% 65,80% 65,80% 65,80% Lös packning
Likadant för Sättmått 100 där K skall bli 4,9 Partikelfördelning - - - - Particle Coverage 76 µm Hm (PMM) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05-0,25 μm 0,25 0,5 μm Filling diagram 0,001 0,004 0,001 0,016 0,063 0,002 0,25 1 0,004 4 16 0,008 63 0,016 0,032 0,063 0,125 0,25 0,5 1 2 4 8 16 31,5 63 Fin ballast natur 0-8 Grov ballast av krossat berg 8-16 - - - Saansatt CPM Saansatt PMM Ballastkurva Optimeringsdetaljer Solidvolym från ballast Viktandel ballast Densitet Total mängd ballast Vattencementtal 0,7 CPM 63,8% 76,3% 2381 kg / m3 1818 kg / m3 Total volym (l) 1000 1000 K (avvikelse) = 4,900200671 (0,000200670 S = 0,803 Kstd.av. = 0,836 Kmin 0,00 S/SV Kmax 2,69 Suafel mot Ki = K / 25 Std.av. K 0,8364 S C/SV+StdAvK 1,34 SV Optimerad mängd (kg/m3) kg/m3 342,3 Cementpasta (hålrum i liter exklusive luft) Densitet Kf 0,25 μm 0,5 μm 0,001 0,002 0,004 818,1 Fin ballast natur 0-8 2650 1 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 999,9 Grov ballast av krossat berg 8-16 3040 1 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,0-2770 1 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,0-2770 1 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,0-2770 1 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Bascement Slite 3000 0,18 0,00 0,00 0,60 4,90 15,30 Saansatt CPM - - 0,09 0,72 2,26 Saansatt PMM - - 0,09 0,78 2,42 Ballastkurva - - - - - CalculateVolumeFromWeight (Cement) 0,00000 0,00000 0,00066 0,00475 0,01149 Sök K med låsta materialmängder Ange cementmängd i kilo samt proportion för ett av delmaterialen. Cementmängd 331,3 kg/m3 Vatten 231,9 liter Pastavolym (exklusive luft) 342,3 liter Ballastvolym 637,7 liter K= 4,900 Proportion Zeta Eta Theta l/m3 kg/m3 Kontroll Fin ballast natur 0-8 45,00% 1458 1,94 0,48416 309 818 0,45 Grov ballast av krossat berg 8-16 55,00% 1368 2,07 0,51584 329 1000 0,55 4,00 Sättmått 100 100% 50% 0% Beta (parametrisk) um um 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Beta Fin ballast natur 0-8 Beta Grov ballast av krossat berg 8-16 Material 250 500 0,001 0,002 0,004 Beta Fin ballast natur 0-8 66,33% 66,33% 66,33% 66,33% 66,33% Beta Grov ballast av krossat berg 8-16 m 50,47% 50,47% 50,47% 50,47% 50,47% Beta - 50,47% 50,47% 50,47% 50,47% 50,47% Beta - 65,80% 65,80% 65,80% 65,80% 65,80% Beta - 65,80% 65,80% 65,80% 65,80% 65,80%
Resultat Delmaterial Sättmått 10 Sättmått 100 Natur Kross Natur Kross Bascement kg/m3 262 296 331 366 Vatten 183 208 232 256 Fin ballast 1112 1076 1000 960 Grovballast 910 880 818 786
TACK för att ni lyssnat! TACK MinBaS Vinnova CBI Cementa TACK Mikael Westerholm Niklas Johansson Stefan Sandelin Annika Gram Jan Bida Per Murén Mikael Lehrberg Mikael Järleberg
Flytmedel Flytmedel ersätter en del av vattnet i betongen. Hur mycket vatten kan man ta bort? Vpt ger oss ledning ju lägre vpt desto segare, viskösare betong. CPM-modellen i prograet ger behovet av volym mikrobruk. Cementets och ballastfillrets vattenbehov ger indikation på hur mycket vatten/cement som behövs.