här
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
© Copyright 2024