Transcript Framtida betong- kvalitetskrav för användandet av finmaterial från

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.
Betong med samma sten men med olika 0-2 mm ballast
För att uppnå sammaSamma
sättmått
måste
betong
olikaman
grusöka
0-2 mängden cement (och vatten)
250
Underås
Enhörna
200
Kolmetorp
Vambåsa
Sättmått [mm]
Stöningsberget
150
Kleva
100
50
0
250
275
300
325
350
3
Pastavolym [l/m ]
375
400
0,5-1,0 mm
0,125-0,25
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.
Krossballast
och av
kantigare
varje partikel
behöver enhar
fluidflakigare
fas bestående
cementbruk
fragment i alla fraktioner
vilket i att
slutändan
och mindre partiklar
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
få samma
rörlighet.
pasta/finmaterial. Proportioneringsystemet måste därför kunna ta hänsyn
partikelformen i varje fraktion.
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
Antag 4 ggr
12 cl
Antag 1 ggr
35 cl
V=33,5 cl
Antag 40 ggr
335 cl
Vad skall vi ha för indata?
Röntgendiff.
Tunnslip
kornform
Petrografi
Klassificering
bergart
Betongförsök
Sandekvivalent
Krossgrus 0-2 mm
Lasersiktkurva
Vanlig siktkurva
Bruksreologi
BET-yta
Packningsgrad
Bruksreologi på 0-2 mm grus
Bruket är kalkylerat på en 0-16 betong med 350 kg cement och ett vct på 0,57 Bruket innehåller 30 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?
Karakterisering och kvalitetsbedömning av krossprodukter
Arbetet har koncentrerats på 0-2 mm då denna fraktion ger flest
besvär och är svårast att undersöka
100
80
Passerar [%]
70
60
50
40
GK A
N1
K1
K3
K5
K7
K9
K11
K13
K15
K19
600
GK B
N2
K2
K4
K6
K8
K10
K12
K14
K17
Grading as delivered
400
300
200
30
100
20
0
0
10
0
0.01
Similar grading
500
Yield stress [Pa]
90
2
4
6
8
10
12
Plastic viscosity [Pa s]
0.1
1
10
Sikt [mm]
Normalt ger krossning mera finmaterial än vad man finner i naturgrus
För mycket finmaterial/filler kan åtgärdas genom vanlig siktning,
vindsiktning eller tvättning
Effekt av superplasticerare 0-2 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
Effekt av mera cement vid konstant vct i
finbruket (allt material under 0,25 mm)
Flytgränsspänning [Pa]
140
120
100
80
60
Sätertorp (N)
Underås (N)
Kleva
Hardeberga
Kolmetorp
Vambåsa
Olunda
Luleå
Kungälv
Enhörna
Bro
Kållered
Hargshamn
Brännland
Stöningsberget
Skyttorp
Sandby
Gladö
Vändle
Arlanda
Flytgränsspänning (Pa)
160
40
Styvare
Viskösare
Blöt/blaskig
Plastisk viskositet (Pa s)
20
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
Plastisk viskositet [Pa s]
Cement
31.3 %
Cement
26.7%
Vatten
47.2%
Vatten
55.4 %
0-0,25 mm
13.3 %
0-0,25 mm
26.1%
4
Stor spridning i reologi
pga varierande:
• korngradering
• finmaterialkvalitet
• kornform
• glimmerinnehåll
Inverkan av ballastens (0/2 mm) kornform
Yield stress [Pa]
(Pa)
Flytgränsspänning
300
Ballastmaterialens
kornform inverkar
huvudsakligen på den
plastiska viskositeten.
250
Kornformseffekt
200
Particle shape effect
150
C2S
N1
Ballast med stor andel
fri glimmer ger svårbearbetad betong med
hög viskositet.
C8S
C4S
100
C3S
C1S
50
0
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
Plastic viscosity
[Pa s] (Pa s)
Plastisk
viskositet
4,5
5,0
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
1116mm
5,68mm
45,6 mm
12 mm
0,51mm
0,250,5mm
0,1250,25mm
0,0750,125mm
N1 F-asp
Fri biotit i %
0,58
0%
0,58
0%
0,57
0%
0,53
0%
0,59
0,3 %
0,58
0,6 %
0,59
2,3 %
0,58
3,0 %
K2 F-asp
Fri biotit i %
0,55
0%
0,53
0%
0,53
0%
0,50
0%
0,49
0%
0,47
6,6 %
0,44
11,0 %
0,43
12,6 %
K3 F-asp
Fri biotit i %
0,54
0%
0,52
0%
0,52
0%
0,48
0%
0,46
0,3 %
0,50
0,3 %
0,48
0,6 %
0,47
0,6 %
K4 F-asp
Fri biotit i %
0,54
0%
0,53
0%
0,53
0%
0,49
0%
0,55
3,3 %
0,49
10,0 %
0,44
20,3 %
0,41
22,3 %
Inverkan av VSI-krossad ballast
VSI-krossning:
N3
Konkross (K55)
VSI-kross (K55)
250
• Förbättrad reologi.
200
• Dålig
150
medelbra
1
100
0,75
50
F-aspekt
[Pa]
Flytgränsspänning(Pa)
Flytgränsspänning
300
0
0
1
2
3
4
5
Plastisk
viskositet
Plastic
viscosity(Pa
(Pas)
s)
Plastisk
viskositet
[Pa
s]
6
Naturballast (N3)
Konkross (K55)
VSI-kross (K55)
0,5
0,25
0
0,125-0,25
0,25-0,5
Fraktion
14
0,5-1
Indirekta metoder för bestämning av
kvalité
•
•
•
•
•
•
Packning SS-EN 933-10
Flödestal SS-EN 933-6
Metylenblått SS-EN 933-9
Sandekvivalenttest (SS-EN 933-8)
Specifik yta-BET-yta
Filler -vattenbehov och utflytstest
Packning-visar råhet och kornform
Loose
packing
to determine
Flakiness
Packning speciellt lös
packning
indikerar
kornform
60
58
56
voids [%]
54
52
1.0-1.25
50
1.6-2.0
y = 0,3992x + 46,995
R2 = 0,6343
48
Serie3
46
44
42
40
0
5
10
15
flakiness index [%]
Flakighetsindex med spaltsikt (till ca 1 mm)
Flödeshastighet i tratt
20
25
Flödestal.
Multifunktionel test som kan vara bra för kvalitetskontroll
40
35
0,7
N3
K20
K23
K40-2
K41-1
K48
K55
Konkrossad
Kubiserad
Fmin/Fmax (-)
25
20
15
0,6
0,5
10
5
0
0,4
N3
K65
K66
K67
20
25
30
35
40
45
50
Flödestal (s)
26
N3
K2
K62
K55
K55 Kubiserad
24
22
Flödestal (s)
Flödestal (s)
30
20
18
16
14
12
10
0
10
20
30
40
50
60
70
Andel 2/4 mm (%)
80
90
100
30
30
20
20
10
10
0
0
Sandekvivalenten ger huvudsakligen mängden filler och speciellt ultrafin filler
Det ger även en indikation på leror.
K55
K60
K40-3
K41-1
K57
K60-1
K58
K40-1
K56
K59
K54
K53
K47
K45
K41-2
K40-2
K39
K38
K35
K34
K33
K32
K31
40
K30
50
K29
70
K28
70
K27
80
K26
80
K25
90
N3
90
K24
100
N1
100
SE-värde (%)
60
K55
K60
K40-3
K41-1
K55-1
K57
K60-1
K58
K40-1
K56
K59
K54
K53
K51
K47
K46
K45
K44
K41-2
K40-2
K39
K38
K35
K34
K33
K32
K31
K30
K29
K28
K27
K26
K25
K24
N2
N1
SE-värde (%)
SandekvivalentUrsprunglig gradering En sedimentationstest
Omsiktat till standard gradering
60
50
40
Sandekvivalent
100
100
Samtliga
Exkl. tvättade
90
80
80
2
SE-värde [%]
R samtliga = 0.77
70
SE- värde [%]
90
2
R exkl. tvättade = 0.83
60
50
40
70
60
50
40
30
30
20
20
10
0
10
0
0
0
1
2
3
4
Andel partiklar< 10 µm [%]
5
10
20
30
% glimmer i 0,075-0,125
6
SE-testen ger inte andelen glimmer utan endast finheten i finmaterialet
Tidigare var stora mängder fint besvärligt men det löser man idag med superplasticerare.
40
12000
Specifik yta (m2/kg)
10000
Specifik yta
Specifik yta för finfraktionen (0/0,25 mm) hos
de oförädlade ballastmaterialen
8000
6000
4000
2000
N1
N2
N3
N4
N5
N6
N7
K34
K35
K60-1
K45
K41-1
K56
K31
K29
K58
K30
K55
K51
K27
K57
K33
K59
K39
K40-3
K24
K47
K28
K38
K48
K52
K32
K25
K26
K46
K44
0
Hög specifik yta ger problem med arbetbarhet. Naturgrus har en stor yta men mängden
0/0,25 är liten. Tvättning eliminerar oftast problemet.
Vattenbehov och utflytstest
Filler (0/0,125 mm)
• Puntke testen mäter maximala vattenupptaget innan massan
rör sig.
• I utflytstesten mäter man hur utflytet ökar med vattentillsats.
Vatten/
pulver
Utflyt
Cement ersätts med filler med konstant vct (minskad vattenmängd)
Filler ersätter cement med konstant vattenmängd (höjd vct)
70
57,7
60
50
Compressive strength (MPa)
Compressive strength [MPa]
Compressive strength for filler replacing cement
40
30
20
w/c constant
10
water content constant
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
54,11
50
30
0/2 mm N3+2/16 K56 w/c constant
0/2 mm N3+2/16 mm K56 constant water content
20
10
0
0
Cement replacement [kg/m3]
43,57
45,8
40
5
10
15
Cement replacement (%)
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.
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 0,5 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