Hem Tjänster Utbildning Forskning Bibliotek Om oss Intressentföreningen Kontakt
Sök publikationer
Nyhetsbrev
CBI-nytt

Svenska:

Bergkrossmaterial som ballast

English:

Crushed rock as aggregate in concrete

Författare:

Björn Lagerblad
bjorn.lagerblad@cbi.se

Mikael Westerholm
mikael.westerholm@cbi.se

Leif Fjällberg
leif.fjallberg@cbi.se

Hans-Erik Gram

Publikationstyp CBI-rapporter
Publiceringsår 2008
Språk Svenska
Sökord ballast, bergtäkt, reologi, materialanalys, mineralogi, petrologi, betong, bruk, packning, arbetabrhet, tunnslip, XRD, specifik yta, metylenblå, sandekvivalent
Sammanfattning Betong är en produkt som i färskt tillstånd skall fylla ut en form utan att separera. Detta ställer krav på flyt- och arbetbarhet. Betong består av ballast, cement och vatten. Mellan 70 och 80 % av betongen består av ballast varför dess egenskaper är väsentliga för betongens färska egenskaper. För närvarande görs betong framför allt av naturgrus i 0-8 mm fraktionen och med sten (> 8 mm) från krossat lokalt berg.

Det finns i Sverige en lokal brist på naturgrus. Dessutom vill man av miljöskäl bevara kvarvarande naturgrusförekomster. Detta medför att man måste hitta alternativ ballast till betongtillverkning. Betong är en bulkvara och ett billigt byggmaterial. Det är endast krossat berg som lokalt och i tillräcklig mängd kan ersätta naturgrus. Problemet är därför att finna metoder för att på ett kostnadseffektivt sätt kunna ersätta naturgrus med krossat berg.

Krossat berg är generellt mera flisigt och innehåller mera finmaterial/filler än naturgrus. Detta gör att man inte kan sätta samman betongen på samma sätt som med naturgrus, man måste lära sig att proportionera betongen korrekt så att man inte får oönskade effekter som exempelvis behov av för mycket cement eller för höga doseringar av superplasticerare.

De bergtäkter som finns i Sverige är framför allt framtagna för att ge bra sten för vägändamål. I allmänhet ligger bergtäkterna i granitiskt berg som är känt för att ge problem. I processen får man även fram stenmjöl (< 4 mm) men denna produkt är inte optimerad för att användas som finballast i betong.

Målet med det här redovisade projektet är att finna kvalitetskriterier för sand från krossat berg och i andra hand med utgångspunkt från dessa kriterier utveckla åtgärdsprogram för att ge sanden bättre egenskaper. En annan viktig aspekt är att finna system för kvalitetssäkring för kontinuerlig betongproduktion. Det verktyg som används har varit klassificering av gruset och att korrelera detta mot de reologiska egenskaperna. Reologi är ett mera nyanserat sätt att mäta flytegenskaperna än det traditionella sättmåttet.

I första hand har stenmjöl < 2 mm från granitiskt berg undersökts i cementbruk, då de största problemen ligger här, men resultaten har även korrelerats mot egenskaperna hos verklig betong. Material från 16 olika täkter har undersökts i detalj och ytterligare fyra täkter har undersökts mindre noggrant. De har jämförts med naturgrus.

Resultaten visar att det finns en stor variation hos krossprodukter från granitiskt berg. Detta beror på att granit inte är en entydig bergart utan att det är en familj med ganska varierande sammansättning vilket reflekteras i finmaterialet. Dessutom så innehåller det finaste materialet ofta rena mineral som definieras av sin kornform. Större partiklar består av flera mineralkorn. Beroende på bergartstextur så kommer gränsen för när huvuddelen av kornen är monomineraliska att variera. Ett stort problem är glimmern som är ett flakigt mineral och därför ger motstånd mot rörelse i färsk betong. Mängden glimmerkorn i finmaterialet (< 0,5 mm) varierar från nästan ingen till närmare 50 % i andra. Bildbehandling visar att flakigheten korrelerar mot antalet glimmerkorn och att detta i sin tur korrelerar mot försämrad rörlighet i betongen mätt med reometer. Det finns emellertid även andra problem som vittrade korn eller leromvandlade korn som ger problem även om kornformen i sig är bra. En del krossprodukter innehåller även stora mängder filler. Dessa problem och även höga glimmerhalter kan man registrera genom att mäta BET-ytan. I en del fall kan man registrera problem med hjälp av metylenblå-testen. Sandekvivalenttesten ger ytterligare information om finmaterialets kvalité.

Det finns en mängd olika sätt att mäta arbetbarhet, men den bästa metoden är att mäta i en reometer som ger både flytgränsspänning och plastisk viskositet. Flytgränsspänningen ger den kraft som behövs för att sätta betongen eller bruket i rörelse och den plastiska viskositeten ger ett mått på den kraft som behövs för att hålla suspensionen i rörelse. Mätningar visar att man kan korrelera stenmjölets egenskaper med partikelkarakteriseringen och de ställföreträdande provningsmetoderna som sandekvivalenttesten. De reologiska provningarna har gjorts både på mikrobruk (< 0,25 mm), bruk (< 2 mm) och på betong (< 16 mm). Man finner att finbruktes egenskaper starkt påverkar brukets och att bruktes egenskaper påverkar betongens. I viss mån kan man genom noggrann proportionering minska betydelsen av finmaterialets egenskaper, men man kan inte eliminera dem. Därför blir finmaterialets egenskaper viktiga. En del stenmjöl kan utan problem direkt ersätta naturgrus medan andra är besvärliga. Detta arbete har lagt en grund till hur man karakteriserar finballast (0-2 mm) och hur denna finballast kommer att fungera i betong. I projektet har det även tagits fram metodik för kvalitetssäkring. Problemet är emellertid att det inte finns en enkel metod som direkt kan användas. Arbetet indikerar att man först måste göra en allmän karakteristik och därefter utforma en kvalitetssäkringsmetodik som tar hänsyn till det specifika grusets egenskaper. Arbetet med detta fortsätter.

Det har även gjorts försök med att undersöka åtgärdsprogram för att ge gruset bättre egenskaper. Omsiktning eller tvättning kan ge bra resultat. Ytterligare åtgärdsprogram och ett för krossad ballast anpassat proportioneringsprogram kommer att tas fram i ett kommande nu pågående forskningsprogram (2008).

Summary (Abstract) Concrete is a product that in the fresh state shall be able to flow and fill a form without segregating. This gives demands on flow properties and workability of the fresh concrete. Between 60 and 70 volume % of concrete consists of aggregate and thus its properties are fundamental for flowability. Presently in Sweden concrete is made from natural glaciofluvial aggregates in sizes less than 8 mm and with stones from local crushed rocks.

Locally in Sweden there is a lack of good natural aggregates. Moreover, for environmental reasons the government wants to preserve remaining gravel pits especially those in eskers. As a consequence one must find an alternative aggregate. Concrete is a bulk commodity and a cheap building material. Thus it is only crushed rocks that locally and in sufficient amounts can replace natural aggregates. The rock quarries in Sweden are mainly destined to give good coarse aggregate. In this process one also gets fine aggregates but this product is not optimized for concrete production.

The main problem is thus to replace the natural fine aggregate in a cost effective way with crushed rocks. Fine aggregates from crushed rocks develop other properties than natural aggregates. This is especially the case in Sweden with predominant granitic rocks. As a consequence concrete with crushed fine aggregates must be proportionated differently. The aim of this project has been to find quality criteria for fine aggregates from crushed rocks to be used in concrete and to measure how to improve the properties. Another important aspect is to find systems for quality insurance for continuous concrete production. The tools used are mainly classification of the aggregates to correlate this with rheological properties. Most effort has been put on understanding the influence of different fine material from granitoid rocks falling through the 2-mm sieve. The reason is that it is this material that causes most problems. The results have, however, been correlated against the properties of (0-16 mm) concrete. Material from 16 different rock quarries have been analysed in great detail and some additional ones in less detail. They have been compared with natural glaciofluvial aggregates. All of the material has been studied by petrographic and image analysis, laser sieve, sand equivalent test and methylen blue test.

The results show that there is a large variation in properties of fine aggregates from the crushed granites. The reason is that granite is regarded as the mineral composition of a family with varying amounts of different minerals and the different granites have different textures. This is reflected especially in the fine material. The finest fractions contain pure minerals and the geometry of these mineral particles is given by the crystallographic form. One mineral that especially hinders the flow is free mica due to its flaky mineral form. Larger particles are normally composed of rock fragments, i.e. several minerals. In which fraction free mineral grains starts to appear depends on the texture of the granitoids. The amount of free mica grains in the fractions below the 0,5 mm sieve varies from almost none to almost 50 %. There may, however, also be problems related to extreme amounts of filler, variation in grading curve, weathering, clay formation and hydrothermal alteration.

The main method to analyse flow and workability has been different rheometers where one can split between yield stress and plastic viscosity. The yield stress gives the force to set the particle slurry in motion while the plastic viscosity measures the force needed to keep it in motion. Rheological tests on the different material have been conducted on micro mortar (<0.25 mm) mortar (< 2 mm) and concrete (<16 mm). One finds that the properties of the micro mortar strongly influence that of the mortar, which in turn influences that of the concrete. To a certain degree by careful proportioning it is possible to reduce the influence of the fine material but it is not possible to eliminate it. Some of the fine materials from crushed rocks can almost directly replace natural sand while other fine aggregates are very difficult to use in concrete production.

This work gives a basic understanding of how to characterise fine aggregate (0-2 mm) in such a way that it gives information on how it will affect the rheological properties of concrete. Moreover, it gives information about how to improve the properties and methods for quality control. A major problem is, however, that there is no single test to be used. This work indicates that one must first do a general characterisation and based on this work develop a method or methods for quality assurance that considers the specific properties of the material from the individual stone quarry.
Biblioteksdata Stockholm : CBI Betonginstitutet, 2008. 121 s.
Serie CBI rapport
Serienummer 2008:1
ISSN 0346-8240
ISBN 978-91-976070-1-8
Pris 500 SEK (exkl. moms)



Tillbaka