Helkrossad betongballast
proportionering och användning i betongproduktion
Björn Lagerblad, CBI Betonginstitutet
Ur miljösynpunkt vill myndigheterna minska
användningen naturgrus.
Betong förbrukar en stor del av naturgruset speciellt
i 0-8 mm fraktionen.
Det ända material som ersätta natursand lokalt och
i tillräckligt stor volym är krossat berg
Krossat berg som sand kommer att utan åtgärd att
leda till större transportavstånd och ökad
cementförbrukning
Detta kan leda till ökad energiförbrukning vilket ökar
miljöpåverkan
Miljöpåverkan och växthusgaser
I Sverige förbrukas ca 2,3 miljoner ton ren cementklinker per år. Omräknat till
ren Portland cement (CEM I) genererar 1 ton cement ett utsläpp på 800 kg
CO2. Detta ger ca 1,6 miljoner ton CO2 per år. En del tas upp genom
karbonatisering men man måste kalkylera med mera än
1 miljoner ton CO2 per år
Det förbrukas ca 12 miljoner ton ballast. Beräknat på helkross genererar detta
ca
0,027 miljoner ton CO2.
Transporterna av ballast baserat på bränsleförbrukning generar ca
0,024 miljoner ton CO2
Tillverkningen av betong och sammanhängande transporter genererar ca
0,024 miljoner ton CO2
Det är viktigast att begränsa cementkonsumtionenmen man bör även minska på transporter och transportavstånd
Helkrossat berg som betongballastproportionering och användning i
betongproduktion
•Krossprodukter är mera kantiga och flakiga än
naturballast.
•Detta ger problem med betongens arbetbarhet.
•Utan kunskap och anpassad proportionering så
kommer krossprodukterna att kräva mera vatten dvs
cementbehovet ökar.
•För betongproduktion krävs att produkten är
homogen vilket kräver kvalitetssäkring
Finansiärer och deltagare
Detta är ett projekt samfinansierat av
Energimyndigheten (Pnr 30491)
Konsortiet för finansiering av grundforskningen
inom CBI Betonginstitutet (Cementa AB,
Betongindustri AB, Färdig Betong AB, Swerock
AB, Strängbetong AB och A-betong AB)
Övriga företag som bidragit med material och
egeninsatser är Jehander AB, Nordkalk AB,
NCC och SBMI
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
Varför ger krossballast problem
Krossat berg har mera kantiga och flakiga partiklar än naturballast.
En färsk betong är en partikelslurry där alla partiklar inklusive cement
rör sig mot varandra i vatten.
Upp till 70 % av betongmassan bestårVirtuell
av ballast
packning.
De större partiklarna
”rullar”
på de mindre.skall
Förballasten
att massan
Vid
vanlig proportionering
varaskall
väl packad men
kunna röra sig så behöver
mera kantiga/flakiga
partiklar
större
varje partikel
behöver en fluid fas
bestående
av cementbruk
rörelsevolym.
och mindre partiklar att röra sig i
Om alla partiklar är flakiga så medför detta att man måste öka
flakig partikel behöver mera utrymme att rör sig i. Därför krävs mera
mängden vatten och En
cement.
pasta/finmaterial. Proportioneringsystemet måste därför kunna ta hänsyn
partikelformen i varje fraktion.
Fluid fas att röra sig i
Partikel
För en optimal proportionering behöver man anpassa kornkurvan till
kornformen.
Man behöver kunna mäta och numeriskt beräkna effekten av kornform i alla
fraktioner
Effekten av sten är känd men nu måste vi lära oss att kunna beräkna
finballasten
Speciellt fillern (<125 mm) är viktig och dess kvalité måste kunna
bestämmas.
För betongproportionering behöver vi kunskap om
•Karakterisering och kvalitetsbedömning av krossprodukter
•Arbetbarhet och reologi kopplat till karakterisering
•Ett proportioneringsprogram som räknar ut optimal sammansättning
Analysmetodik
Beskrivning
Arbetbarhet/reologi
Ställföreträdande tester
Bergartsklassificering
Tunnslip
kornform
Tunnslip
Petrografi
Röntgendiff
Mineralogi.
Mikrobruk
Sandekvivalent
Krossgrus 0-2 mm
Lasersiktkurva
Vanlig siktkurva
Bruksreologi
Betongförsök
BET-yta
Packningsgrad
Karakterisering och kvalitetsbedömning av krossprodukter
Arbetet har koncentrerats på 0-2 mm då denna fraktion ger
flest besvär och är svårast att undersöka
100
90
80
Passerar [%]
70
60
50
40
GK A
N1
K1
K3
K5
K7
K9
K11
K13
K15
K19
GK B
N2
K2
K4
K6
K8
K10
K12
K14
K17
30
20
10
0
0.01
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
Lasersikt 0-0.25 mm
100
Siffror inom ( ) är
BET-yta
90
80
Passerande (%)
70
60
50
40
30
N1 (2650 m2/kg)
N2 (3845 m2/kg)
N3 (2343 m2/kg)
K24 (1671 m2/kg)
K25 (3735 m2/kg)
K26 (5097 m2/kg)
K27 (1330 m2/kg)
K28 (1910 m2/kg)
K29 (1000 m2/kg)
K30 (1057 m2/kg)
K31 (995 m2/kg)
K32 (3224 m2/kg)
K33 (1593 m2/kg)
K34 (547 m2/kg)
K35 (699 m2/kg)
K38 (2089 m2/kg)
K39 (1623 m2/kg)
K40-3 (1648 m2/kg)
K41-1 (917 m2/kg)
K44 (11740 m2/kg)
K45 (754 m2/kg)
K46 (11320 m2/kg)
K47 (1792 m2/kg)
K48 2102 m2/kg
K51 (1181 m2/kg)
K52 (2233 m2/kg)
K55 (1082 m2/kg)
K56 (969 m2/kg)
K57 (1448 m2/kg)
K58 (1051 m2/kg)
K59 (1619 m2/kg)
K60 (737 m2/kg)
20
10
0
0,1
1
10
100
1000
Kornstorlek (µm)
Det är stor variation på fördelning. Naturgrus innehåller lite fint material men
lerhalten kan vara hög. Krossgrus innehåller ibland olika leror vilket ger problem
med arbetbarhet. Bör ligga under 2000 m2/kg men det beror på totala mängden
fint. 0-0,125 av 0-2 mm. Om högt värde på BET-ytan måste man undersöka
anledningen. Kan åtgärdas genom tvättning.
Kornform
När det gäller större korn så bestäms kornformen av
bergartens textur och krossteknik
För mindre korn bestäms det av bergartens
mineralogi, fria mineralkorn.
Kornformen kan bestämmas direkt genom mätning av
större partiklare (SS-EN 933-4) eller genom
bildanalys i mikroskop av mindre partiklar
Kornform ner till 1 mm kan bestämmas med hjälp av
spaltsikt (SS-EN 933-3)
Kornformen kan indirekt bestämmas med hjälp av lös
packning (hålrum) eller rinntid i tratt.
Bildanalys
Kan göras på planslipade ytor med kamera eller kamera i
mikroskop (tunnslip eller SEM)
Tunnslip
F-aspekt
F-shape
Råhet
Bildanalys ger numeriska värden på flakigheten.
n
Krossballast
Flakiga
Naturballast
Geometrisk skillnad mellan olika fraktioner i olika typer av grus.
Mängden fri glimmer relaterar direkt mot flakigheten som i
sin tur påverkar reologin, speciellt segheten (plastisk
viskositet).
Ett bra krossgrus skall innehålla små mängder flakig
glimmer vilket är en bergartsegenskap-Välj ett berg med lite
glimmer.
300
N1
50
K6
250
K7
Yield stress [Pa]
Andel fri biotit i vol.%
K1
40
R² = 0,76
30
200
K5
0.6
0.4
F-aspect
K15
150
100
20
50
10
0
0.0
0
0
0,25
0,5
0,75
Kornform som F-aspekt
1
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
Plastic viscosity [Pa s]
3.5
4.0
Petrografisk analys på olika graniter
(tunnslip
0,075-0,125 mm
100%
75%
50%
25%
0%
K1
K2
K3
K4
K5
K6
K7
K8
K9
K10
K11
K12
K13
K14
K15
K16
N1
K10
K11
K12
K13
K14
K15
K16
N1
K10
K11
K12
K13
K14
K15
K16
N1
0,125-0,25 mm
100%
75%
50%
25%
0%
K1
K2
K3
K4
K5
K6
K7
K8
P rK9
ov
1-2 mm
100%
75%
50%
25%
0%
K1
K2
Glimmer
K3
K4
Kvarts
K5
K6
K7
Fältspat
K8
K9
Hornblände
Pyroxen
Salisk
Mafisk
Kvarts 100 %
Kvartsrik granit
Kvartssyenit
Granit
Granodiorit
Kvartsdiorit
Kvartsmonsonit
Syenit
Alkalifältspat 100 %
Diorit
Kvarts 0 %
Plagioklas 100 %
Små variationer i halterna av Al, Fe, Mg ger snabbt variation i
mängden biotit och muskovit
Fri
glimmer
i vol.%
Bildanalys och mängd fri glimmer i hela materialet hos fyra prover
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 %
Bergart
Mineral
Grovkorniga bergarter
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
Tester för beständighet
• Frost
Porositet/vattenabsorbtion
SS EN 1097-6
Skall vara under 1 %. Kan även testa enl. SS EN 13 1367-1,2
• Uttorningskrympning-volymsstabilitet
SS-EN 1367-4
Uppträder oftast med basiska bergarter
• Alkalisilika reaktion.
Ger svällning om fuktigt. Petrografisk analys eller test.
• Klorider-salter
SS-EN 1944-1
Ovanligt vid kross.
• Syralöslig sulfat- Total svavel
SS-EN 1744
Pyrit och magnetkis kan förkomma.
Packning-visar råhet och kornform
Loose
to determine
Flakiness
Packning speciellt
lös packing
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
20
25
flakiness index [%]
Flakighetsindex med spaltsikt (till ca 1 mm)
Flödeshastighet i tratt
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
På Nya Zeeland har man använt en kombination av
packning och flödestal för att få ett kvalitetskriterium.
Vi har testat det och det är ganska komplicerat att tolka,
speciellt för krossgrus. Kan delvis justeras med SP
Material 0-2
45
Dålig gradering eller
Grov-dålig
arbetbarhet
Flödestid [s]
40
kornform
35
30
25
Fin- dålig
arbetbarhet
20
40
42
44
46
48
50
voids [%]
Kan utprovad vara bra för kvalitétskontroll
52
DINsand
N3
K27
K29
K40-3
K41-1
K41-2
K48
K51
K55
K59
K57
K60-1
Metylenblå testen
Ger huvudsakligen vattenabsorberade leror.
Viktig för kalkstens och basit ballast
Ger svag ökning med ökad mängd glimmer
Sandekvivalent- En sedimentationstest
Omsiktat till standard gradering
100
90
90
80
80
70
70
Sandekvivalenten ger huvudsakligen mängden filler och speciellt ultafin filler
Det ger även en indikation på leror.
Tidigare var stora mängder fint besvärligt men det löser man idag med
superplasticerare.
K55
K60
K40-3
K57
K41-1
K58
K60-1
K56
K40-1
K59
K54
K53
K47
K45
K41-2
K39
K40-2
K38
K35
K34
K33
K32
K31
K30
K29
K28
K27
K60
K40-3
K41-1
K57
K55-1
K58
K60-1
K56
K40-1
K59
K54
K53
K51
K47
K46
K45
K44
K41-2
K39
K40-2
K38
K35
K34
K33
K32
K31
K30
K29
0
K28
0
K27
10
K26
10
K25
20
N2
20
K24
30
N1
30
K26
40
K25
40
50
N3
50
60
K24
60
N1
SE-värde (%)
100
K55
SE-värde (%)
Ursprunglig gradering
Specifik yta
12000
Specifik yta (m2/kg)
10000
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
Arbetbarhet reologi
Det råder en koppling mellan ballasten
materialegenskaper och arbetbarhet/reologi.
Materialegenskaperna skall vara sådana att man
kan tillverka god betong utan att behöva öka
vattenbehovet och därmed
cementförbrukningen.
Slutsatser material
Från början behöver man en noggrann
genomgång av krossmaterialet.
Det karakteristiska för den individuella
ballasten måste etableras
Därefter kan man anpassa olika
materialtester så att de kan användas för
kvalitetskontroll