POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ CHEMICZNY KATEDRA INŻYNIERII PROCESOWEJ I TECHNOLOGII CHEMICZNEJ

Transkrypt

1 POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ CHEMICZNY KATEDRA INŻYNIERII PROCESOWEJ I TECHNOLOGII CHEMICZNEJ TECHNOLOGIE MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH SEMINARIUM KRUSZYWA BUDOWLANE. ZASTOSOWANIE STŁUCZKI SZKLANEJ, POPIOŁÓW ORAZ ŻWIRU JAKO WYPEŁNIACZA W BETONACH Opracowanie: dr inż. Izabela Wysocka mgr inż. Zuzanna Bielan dr hab. inż. Anna Zielińska- Jurek Gdańsk, 2019

2 1. Wprowadzenie. Kruszywem nazywa się ziarniste materiały budowlane pochodzenia mineralnego, używane do produkcji zapraw budowlanych, betonów oraz w budownictwie drogowym. W zależności od dobranego kruszywa otrzymuje się betony różniące się wytrzymałością na ściskanie, gęstością objętościową, przewodnością cieplną oraz odpornością oddziałującą podczas eksploatacji. Podział kruszyw zawarty jest w następujących normach: PN-EN Kruszywa do betonu; PN-EN Kruszywa do mieszanek bitumicznych i powierzchniowych utrwaleń stosowanych na drogach, lotniskach i innych powierzchniach przeznaczonych do ruchu; PN-EN cz. 1 i 2. Kruszywa lekkie do betonu, zaprawy i zaczynu; PN-EN Kruszywa do zaprawy; PN-EN Kruszywa do niezwiązanych i hydraulicznie związanych materiałów stosowanych w obiektach budowlanych i budownictwie drogowym; PN-EN Kamień do robót hydrotechnicznych; PN-EN Kruszywa na podsypkę kolejową. Kruszywa dzieli się za względu na pochodzenie, uziarnienie oraz ze względu na gęstość objętościową. Ze względu na pochodzenie wyróżnia się trzy główne grupy kruszyw: naturalne, sztuczne oraz z recyklingu.. Kruszywa naturalne- kruszywa pochodzenia mineralnego ze złóż naturalnych, które mogą być najwyżej poddane obróbce mechanicznej. Kruszywa naturalne dzieli się na kruszywa: Żwirowe (żwirowo-piaskowe)- piasek (2 mm), żwir (2-32 mm), otaczaki ( mm), pospółka (mieszanka żwiru i piasku do 63 mm). Kruszywa łamane- uzyskane na drodze mechanicznego rozdrobnienie skał ilastych. W zależności od potrzeb rynku budowlanego eksploatuje się głównie: bazalt, granit, melafir, dolomit, wapień, kwarcyt, a także porfir, diabaz, marmur. Wśród kruszyw łamanych wyróżnia się kliniec, tłuczeń, grys, mieszanki sortowane, kamień łamany, niesorty, miał. Rozmiary ziaren oraz zastosowanie poszczególnych kruszyw przedstawiono w Tabeli 1: Tabela 1 Kruszywa łamane Nazwa Rozmiar ziaren [mm] Zastosowanie Kliniec 4 31,5 do robót drogowych i budowlanych Tłuczeń 31,5 63 do robót drogowych Grys Rozmiar ziaren zależy od przeznaczenia kruszywa, np. 2-8, 8-16, warstwy ścieralne, wiążące i wyrównawcze, betony asfaltowe, mieszanki mineralnoasfaltowe oraz w budownictwie Kamień łamany do umocnień koryt rzek, wałów Niesorty podbudowy dróg, placów, pod kostkę brukową i do chudego betonu zwykłego Miał do 4 Opał

3 Kruszywa sztuczne- zwane także lekkimi- uzyskane z surowców mineralnych lub pochodzenia organicznego, poddany obróbce mechanicznej lub termicznej. Wśród kruszyw sztucznych wyróżnia się: Keramzyt- wypalane z gliny ilastej w temperaturze ok C Popipołoryt- otrzymywany w wyniku wypalania popiołów lotnych i rozkruszania spieków; Łupkoryt- otrzymywany poprzez spiekanie łupków przywęglowych w T= 1150 C; Żużel paleniskowy- produkt uboczny spalania węgla kamiennego; Elporyt- uzyskiwane ze spienionego żużla. Żużel granulowany- otrzymywany w wyniku szybkiego studzenia żużla płynnego; Pumeks hutniczy-otrzymywane poprzez działanie wodą na płynny żużel powstający przy wytopie surówki w procesach wielkopiecowych. Granulki styropianowe, trociny. Kruszywo z recyklingu- kruszywo uzyskane z rozdrobnienia betonu uzyskiwanego z rozbieranych konstrukcji lub odpadów z produkcji przemysłowej. Żużel kawałkowy- uzyskiwany w hutach w wyniku powolnego chłodzenia, charakteryzuje się niską zasadowością oraz gęstością objętościową; Kek- uzyskiwany w przemyśle przerobu rudy siarkowej; Skalne odpady powstające przy obróbce kamienia budowlanego; Żużel pomiedziowy- uzyskiwany tylko lokalnie w hutach miedzi przez powolne chłodzenie płynnego odpadu żużlowego. Popioły lotne wielkopiecowe- produkowane w procesie spiekania uprzednio zwilżonych popiołów i rozdzielnych na grudki. Stłuczka szklana- rozdrobnione mechanicznie szkło. Szkło przed dodaniem do cementu jest myte w wysokiej temperaturze i wysuszone, a następnie wrzucane do specjalnej maszyny bębnowej w celu stępienia krawędzi i nadania żądanego kształtu. Podział ze względu na uziarnienie: drobne o wymiarach ziaren mniejszych lub równych 4 mm, grube o wymiarach ziaren 4 63 mm, bardzo grube o średnicy ziaren mm, wypełniacze kruszywo, którego większość ziaren przechodzi przez sito 0,063 mm, kruszywa naturalne żwirowe (mieszanki) kruszywo o uziarnieniu 0 8 mm pochodzenia lodowcowego lub rzecznego, kruszywo o uziarnieniu ciągłym kruszywa będące mieszanką kruszyw drobnych i drobnych, pyły frakcja o ziarnach przechodzących przez sito 0,063 mm. Podział ze względu na gęstość objętościową: ciężkie o gęstości 3000 kg/m 3, zwykłe o gęstości kg/m 3, lekkie o gęstości 2000 kg/m 3.

4 Wymagania techniczne dla kruszyw do betonu. Aby uzyskać wymagane właściwości betonów należy odpowiednio dobrać kruszywo. O wpływie kruszywa na beton decyduje nie tylko rodzaj skały z której ono pochodzi, ale przede wszystkim cechy poszczególnych ziaren oraz stosu kruszywa. Przy doborze wypełniacza należy zwrócić uwagę na następujące wymagania: Wytrzymałość na miażdżenie (ściskanie). Obecność ziaren słabych i zwietrzałych- obniżają cechy wytrzymałościowe stosu kruszywa. Normy dopuszczają 5-15% zawartości ziaren słabych; Brak zanieczyszczeń obcych- drewno, muszle, gruz, kawałki węgla. Brak zanieczyszczeń organicznych- humus, torf, próchnica roślinna, rozdrobnione korzenie świeżych roślin, nawóz. Zanieczyszczenia tez zawierają kwas humusowy, który opóźnia proces twardnienia oraz wiązania cementu na skutek łączenia się z wolnym wodorotlenkiem wapnia. Brak pyłów mineralnych- iły, gliny, maczki kamienne- obniżają przyczepność zaczynu cementowego do powierzchni kruszywa oraz wytrzymałość; Porowatość ziaren kruszywa- kruszywo o określonej porowatości dobiera się w zależności od wybranego zaczynu cementowego. Woda wypełnia pory w kruszywie obniżając mrozoodporność betonu. Pory mogą tez odciągać wodę z zaczynu cementowego osłabiając jego urabialność. Nasiąkliwość i mrozoodporność- normy budowlane określają dopuszczalne nasiąkliwości do 4% i mrozoodporności 90%. Związki siarki- przeważnie jako siarczki oraz siarczany żelaza, wskutek hydrolizy wywołują pęcznienie zaczynu cementowego spowodowane wydzielaniem się wodorotlenku żelazowego. Powodują destrukcję kamienia cementowego oraz korozję wkładek cementowych. Norma nie dopuszcza więcej niż 1 % siarki w przeliczeniu na SO3. 2. Cel i zakres ćwiczenia. Celem ćwiczenia jest zbadanie wpływu zastosowanego kruszywa na właściwości wytrzymałościowe betonu. Przygotowanie próbek betonu: Każda z grup laboratoryjnych przygotuje 3 prostokątne próbki betonu, każda o masie ok. 35,5 g. Procentowy oraz masowy udział każdej frakcji (cementu, żwiru, popiołu oraz szkła) wypisany jest w poniższej tabeli: Próbka 1 Próbka 2 Próbka 3 cement [g] żwir [g] 27, szkło [g] - - 2,5 popiół [g] - 2,5 - cement [%] 22,5 22,5 22,5 żwir [%] 77,5 70,5 70,5 szkło [%] popiół [%] - 7 -

5 Po wymieszaniu przygotowanych składników z niewielką ilością wody i intensywnym wymieszaniu, masę przelać do foremek, odczekać chwilę do zastygnięcia, po czym wycisnąć foremkę, przełożyć ją na szalkę Petriego i umieścić w suszarce w T = 100 o C. Badanie wytrzymałości na ściskanie Przygotowane próbki należy zmierzyć, zanotować obserwacje dotyczące zniekształceń i pęknięć. Następnie umieścić próbkę w prasie hydraulicznej i stopniowo dociskać, poruszając dźwignią do całkowitego zniszczenia próbki. Zanotować wynik pomiaru. Porównać uzyskane wyniki dla wszystkich próbek (zwykłej, domieszkowanej popiołem, domieszkowanej szkłem). Wyniki próby na ściskanie przedstawić w jednostce MPa używając następującego przeliczenia: 1 kg/cm 2 = 1 at = 9, Pa Sformułować wnioski porównujące wszystkie próbki betonu oraz określić wpływ domieszki jaką był popiół lotny oraz szkło na jego wytrzymałość.