Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Betong med krossat bergmaterial som ballast: Kvalitetskriterier och proportionering
RISE, SP – Sveriges Tekniska Forskningsinstitut, CBI Betonginstitutet AB, Hållbara byggnadsverk.
2017 (Swedish)Report (Other academic)
Abstract [sv]

Det finns i Sverige en lokal brist på naturgrus. Dessutom vill man av miljöskäl bevara kvarvarande naturgrusförekomster. Krossat berg utgör det mest realistiska alternativet till naturgrus. Krossballast skiljer sig från naturgruset genom annorlunda kornkurva, kornform och partikelyta. Krossballast har ofta en betydligt högre andel filler som kan medföra att betongens gjutbarhet försämras kraftigt. Det är dock tekniskt möjligt att påverka andelen filler i slutprodukten genom styrning av krossutrustningen och genom vindsiktning. Krossat berg speciellt som finballast, kommer vid nuvarande proportioneringsmetodik att medföra ett ökat cementbehov vid en given kvalité uttryckt som hållfasthet.  Krossat berg är emellertid ingen enhetlig produkt. Det finns flera olika metoder för krossning och olika typer av bergarter ger olika produkter med olika grad av lämplighet för betong. I Sverige ligger för närvarande bergtäkterna huvudsakligen i granitiskt berg. Som grovballast har granitiskt berg sedan länge använts som betongballast, men nu måste krossmaterialet användas till finballast. Det är känt sedan tidigare att krossat granitiskt berg som finballast kan ställa till med problem. Det beror framför allt på att krossprodukten oftast innehåller flakigt finmaterial och stora mängder filler. Det finns emellertid graniter vars krossprodukt enkelt kan ersätta naturgrus medan det finns graniter som är helt olämpliga.  Bergartstextur och mineralogi avgör kornform och ytstruktur. Man kan finna krossprodukter som fungerar i betong lika bra som naturballast men variationen är mycket stor. Metoder att fragmentera berget påverkar framför allt de grövre partiklarnas kornform och yta medan de finaste partiklarnas kornform och yta bestäms av vilka mineral som ingår i bergarten.  Granit består av en viss uppsättning mineral, framför allt kvarts, fältspat, plagioklas och glimmer som i finfraktionerna ger fria mineral. Det stora problemet med granitiskt krossmaterial är finmaterialet, och då framför allt halten av fri glimmer. Bildanalys visar att det är halten glimmer företrädesvis i form av biotit som styr kornformen som i sin tur kan korreleras mot reologi och arbetbarhet.  Det genomförda arbetet visar prov på hur man på ett relevant sätt kan karakterisera krossprodukter. Materialkarakteriseringen korreleras sedan mot olika typer av enklare ställföreträdande metoder för praktisk provning. Dessa korreleras i sin tur mot reologi och arbetbarhet som ger lämplighet för användning i betong. Materialkarakteristiken kan användas för att selektera berg, optimera processer och finna kostnadseffektiva metoder för resurssnål optimering.  I grunden handlar proportionering om att finna en till kornformen optimerad gradering. 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 en rund. Detta gäller i alla fraktioner ner till det finaste materialet. För att finna denna kurva har ett databaserat proportioneringsverktyg tagits fram. Skillnaden mellan detta program och andra på marknaden befintliga proportioneringsprogram är att det bättre tar hänsyn till kornformen vilket är det stora problemet vid övergång från naturgrus till krossprodukter. I grunden beräknar det hur stort hålrum som behöver fyllas med mikrobruk (<0,125 mm) för att partikelmassan skall röra sig. Ett mindre hålrum kräver mindre cement för samma hållfasthet. I nästa steg optimeras mikrobruket. Även här gäller det att partiklarna har en så rund/kubisk form som möjligt och metodik för att kvantifiera detta finns redovisad i rapporten. Med hjälp av proportioneringsverktyget och de metoder som anges och har undersökts i rapporten kan man finna metoder att klassificera krossballasten så att man kan proportionera optimalt.  Med hjälp av krossningsmetodik (VSI-krossning) kan man få mera kubiska korn ner till mineralgränsen, dvs., den storlek när fria mineral börjar bli vanligast förekommande. VSI-6(119)metoden bygger på att partiklar sluggas mot en bädd av partiklar vilket ger mera nötning vilket tar bort kanter vilket i sin tur ger mera runda/kubiska partiklar. I vilken storleksfraktion mineralgränsen ligger beror på bergartens grovlek. Fri glimmer är normalt vanlig i fraktioner under runt 0,5 mm. Man kan även minska halten glimmer genom att vindsikta materialet och ersätta fillerfraktionen med något annat. Vid vindsiktning så släpps partiklar i en luftström vilket gör att lätta små partiklar kan separeras från större och tyngre fragment. Det finns även andra klassificeringsmetoder som används inom industrier som arbetar med malm och industrimineral men de blir dyrbara för normal ballastframställning.  Halten glimmer i olika graniter varierar kraftigt från nästan inget till 20–30 %, halter som återspeglas i form av fri glimmer i finfraktionerna. De bergarter som är glimmerfattiga ger det bästa finmaterialet och man kan med hjälp av kubisering och justering av kornkurvan tillverka bra betong med det. En först åtgärd när det gäller krossgrus är därför att finna ett bra berg med låg glimmerhalt. Kalksten och basiska bergarter ger ofta bättre sand än graniter men de kan ge andra problem.  För att kunna spara cement måste man beakta pastafasens egenskaper och hur man kan öka dess volym utan att behöva höja cementhalten. Provningar har visat att man kan minska halten cement utan att sänka hållfastheten genom att öka fillermängden samtidigt som vct hålls konstant. Detta kräver emellertid att man höjer mängden flytmedel och att fillern är av god kvalité, dvs. innehåller runda/kubiska partiklar.  Betongproduktion kräver en jämn kvalité på ballasten. Det finns en mängd metoder för att säkerställa detta men då variationen mellan olika krossprodukter är stor krävs att man först gör en genomlysande analys för att få fram den specifika ballastens problem och därefter tar fram metoder för kvalitetskontroll. Olika metoder för provning och karakterisering av speciellt finballast är beskrivna, testade och korrelerade med framför allt reologiska mätningar i rapporten. Med utgångspunkt från dessa kan man värdera olika typer av krossprodukter och därifrån finna sätt att förbättra egenskaperna.

Abstract [en]

In Sweden there is a local shortage of natural aggregate. Moreover, for environmental reasons remaining natural aggregate should be preserved. Crushed rocks are the only economically realistic alternative. Aggregate from crushed rocks is different from natural aggregate as regard particle distribution, grain shape and particle surface. Crushed rocks mostly generate a larger amount of filler. That will affect the workability of concrete. In part it is possible to change the particle distribution and particle shape but in general with present rules for concrete proportioning crushed rocks and especially the fine material from crushed rocks will increase the cement demand at a given quality.  Aggregate from crushed rocks is, however, not a uniform product. There are several methods for crushing and different types of rocks that will give different products with different degree of suitability for concrete production.  Different types of granites have since long been the prime source of rock for aggregate in Sweden. Earlier, however, only the coarse aggregate has been from crushed rocks but today Sweden has to learn also to use fine aggregate from crushed rocks. Crushed granites often give bad fine aggregate mainly due to that it contains flaky minerals and generate large amount of filler. The variation is, however, large and some crushed granites give aggregates that is good while other give fine aggregates that con not be used in concrete production. 7(119)  The analysis and tests in this report show how it is possible to characterize crushed rocks. The material characterization is correlated to substitute methods for practical testing. These are in turn correlated to rheological measurements and workability tests. The material characterization can be used to select rock, optimizing processes and to find more cost-effective methods for sustainable concrete optimization.  Granites are composed of a certain set of minerals, mainly quartz, alkali feldspar, plagioclase and micas (muscovite and biotite). In the finer fractions the micas become free and free mica is flaky. Free mica affects the rheology and workability negatively.  Basically, concrete proportioning is about finding an optimized particle size distribution that considers the particle shape. A fresh concrete is a particle slurry where the different grains interfere. A flaky and angular particle needs finer material and water to flow than a round one. This is the case from the course down to the finest material. To find the appropriate distribution curve a computer based proportioning tool has been developed. The difference between this program and earlier similar programs is that it also considers the particle shape. Basically, it calculates the void volume needed to be filled with micro mortar (< 125 μm) to allow flow. Less void demands less cement for the same strength. In the second step the micro mortar is optimized.  Analysis and tests show that the crushing technique is important. With VSI (Vertical Shaft impact) crushing it is possible to get more cubic grains down to the mineral limit, i.e. the size where free minerals dominate over rock particles. Free mica is common in sizes less than 0.5 mm but it depends on the coarseness of the rock. It is possible to lower the amount of micas and filler by wind sieving that separates light and fine particles from coarser but this demands that the fine fraction is replaced. The amount of free micas in the fine fraction varies from almost nothing up to 20-30 % in granites. Thus, it is important to find and use rocks with low contents of mica in aggregate production. Carbonate and basic rocks generally give better fine aggregates than granitic rocks but they can give other problems.  To be able to reduce the amount of cement the properties of the micro mortar have to be considered. Tests have shown that it is possible to lower the strength by increasing the amount of filler and keeping the water/cement ratio constant. This, however, demands a filler of good quality and the use of efficient superplasticizer. Like with the other particles good quality filler is made up of round or cubic particles.  Concrete production demands a uniform and good quality of the aggregate. One of the major problems is inhomogeneities of the rock. As different rocks give different products this demands a geological characterization of the rock. As different rocks give different products it is difficult to give a specific test procedure. Especially the properties of fine aggregate are correlated with rheology and workability. Different methods for testing and describing both rock and products are given in this report. Each quarry has to be characterized and an appropriate quality test procedure has to be established. With data given in this report it is possible to characterize and evaluate different products and from this to find ways to improve the properties.

Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm, 2017. , p. 130
Series
CBI rapport, ISSN 0346-8240
National Category
Mineral and Mine Engineering Geotechnical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:ri:diva-32992ISBN: 978-91-980851-2-9 (print)OAI: oai:DiVA.org:ri-32992DiVA, id: diva2:1170601
Note

ISBN nr tryckfel i publikationen enligt: 978-91-98051-2-9. Det korrekta ISBN är 978-91-980851-2-9.

Available from: 2018-01-03 Created: 2018-01-03 Last updated: 2018-01-03Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text in DiVA

By organisation
Hållbara byggnadsverk
Mineral and Mine EngineeringGeotechnical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

isbn
urn-nbn

Altmetric score

isbn
urn-nbn
Total: 46 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
v. 2.34.0