KRUSZYWA WAPIENNE ZASTOSOWANIE W PRODUKCJI BETONU TOWAROWEGO I ELEMENTÓW PREFABRYKOWANYCH

Transkrypt

1 KRUSZYWA WAPIENNE ZASTOSOWANIE W PRODUKCJI BETONU TOWAROWEGO I ELEMENTÓW PREFABRYKOWANYCH Marek Krajewski Instytut Badawczy Materiałów Budowlanych Sp. z o.o. 13

2 KRUSZYWA WAPIENNE I ICH JAKOŚĆ Kruszywo wapienne kruszywo pochodzące ze skały osadowej której głównym składnikiem jest węglan wapnia (CaCO 3 ). Istnieje wiele różnych sposobów klasyfikacji wapieni (np. na podstawie wieku). Występowanie wapieni budowlanych w Polsce: województwo świętokrzyskie województwo małopolskie województwo mazowieckie województwo opolskie województwo śląskie województwo kujawsko-pomorskie. Podstawowe parametry mechaniczne kruszyw wapiennych zgodnie z PN EN 1 (Kujawy): wytrzymałość na rozdrabnianie (LA) LA 3 ; nasiąkliwośćwa ; Mrozoodporność F ; Gęstość ziaren nasyconych i powierzchniowo osuszonych ρ ssd 3 Mg/m 3 ; wytrzymałość na miażdżenie śr 1%*. Podstawowe parametry chemiczne kruszyw wapiennych zgodnie z PN EN 1 (Kujawy): zawartość siarki S 3%; zawartość siarczanów AS ; zawartość chlorków %; reaktywność alkaiczna stopień. 1

3 Porównanie kruszyw wapiennych i kruszyw polodowcowych Badana cecha Oznaczenie Ocena wg PN EN 1 Ocena wg PN EN 1 Wymiar d/d - /1 mm /1 mm Gęstość ziarn nasyconych i powierzchniowo osuszonych Mg/m 3 ρ ssd Nasiąkliwość WA powinna b 3 WA 1 WA Mrozoodporność F % Kategoria F 1 F Odporność na rozdrabnianie LA Kategoria LA LA 3 Odporność na ścieranie M DE Kategoria M DE NR M DE NR Skurcz przy wysychaniu % Zanieczyszczenia organiczne humus Zawartość siarki S% Kategoria Barwa jaśniejsza Barwa jaśniejsza 3 Zawartość siarczanów AS % Kategoria AS AS Zawartość chlorków % Reaktywność alkaliczna Wapienie obiegowe opinie i fakty Stopień Stopień Kruszywa wapienne nie lasują się ponieważ: Gaszenie (lasowanie) to reakcja chemiczna tlenku wapnia z wodą i powstanie wodorotlenku wapnia: CaO + H O Ca(OH). Kruszywa węglanowe są potencjalnie reaktywne alkaicznie PÓŁPRAWDA. Reaktywność alkaiczna powinna być sprawdzona badaniami i doświadczeniem. NIE WYSTĘPUJE W ZŁOŻU KUJAWY. Kruszywa wapienie NIE są kruszywami miękkimi każda kopalnia ma swój zestaw parametrów opisujących właściwości i na podstawie tych właściwości powinna być akceptowana bądź nie do produkcji danego wyrobu budowlanego. Kruszywa wapienne mają: dobre powinowactwo z cementem; gęstość ok 3 Mg/m 3 co powoduje że są lżejsze niż inne skały; wystarczającą mrozoodporność aby mogły być użyte w środowisku nieagresywnym. Pozornie niekorzystne wartości parametrów kruszyw wapiennych tj. nasiąkliwość zawartość pyłów mineralnych gęstość objętościowa mogą mieć pozytywny wpływ na właściwości mieszanki betonowej i betonu. Warstwa kontaktowa zaczyn-kruszywo oraz powstająca nowa faza monowęglanoglinianu wapniowego (C3A CaCO 3 11H O) o bardziej zwartej mikrostrukturze mniejszej porowatości i przepuszczalności powoduje większą wytrzymałość i przyczepność do kruszywa węglanowego oraz zwiększoną odporność na korozję siarczanową. 1

4 Wytrzymałości betonów zawierających kruszywa węglanowe w stosunku do betonów z kruszywem żwirowym potwierdzają pozytywny wpływ tych kruszyw na kształtowanie się warstwy kontaktowej zaczyn-kruszywo czego efektem może być uzyskiwanie wyższych wytrzymałości. Niewielka ilości frakcji pylastej zawierającej węglany wapnia dodatkowo uszczelnia beton. Pyły wapienne powodują przede wszystkim poprawę urabialności mieszanki betonowej oraz wzrost szczelności betonu na skutek zmniejszenia ilości porów kapilarnych w zaczynie. Wybrane badania betonów cementowych opartych na kruszywach wapiennych Instytut Badawczy Materiałów Budowlanych Sp. z o.o. na zlecenie firmy Lafarge temat pracy: Badanie odporności na korozję siarczanową betonu z kruszywem polodowcowym i kruszywem wapiennym. Instytut Techniki Budowlanej na zlecenie firmy Lafarge temat pracy: Badanie karbonatyzacji betonu z kruszywem polodowcowym i kruszywem wapiennym. Sprawdzenie wpływu środowiska siarczanowego na beton cementowy i na kruszywa polodowcowe i wapienne: Kruszywa Wybrane badania betonów Korozja siarczanowa betonu założenia programu 1

5 Beton Utrzymanie roztworu Na na poziomie: ph 3 (±); ph 7 (±). Użyto roztworu buforowego w celu utrzymania koniecznych cech środowiska. Próbki pielęgnowane były w specjalnych łaźniach wraz z pompkami przepływowymi co pozwalało na: utrzymanie odpowiedniej jakości roztworów; spowalniało procesy krystalizacji Na. Badania prowadzone były 3 dni: Odpowiednia pielęgnacja próbek była kluczem do przeprowadzenia testów. Po pielęgnacji próbki betonu poddano badaniu wytrzymałości zgodnie z PN-EN 139-3:11 Badania betonu Część 3: próbek do badań. Po pielęgnacji próbki kruszyw poddano PN-7 17

6 B-71/ Oznaczenie wytrzymałości z uwzględnieniem metody opracowanej przez IBMB Sp. z o.o. Zestaw prób pielęgnowany w wodzie destylowanej służył jako wzorzec dla wszystkich testów. Korozja siarczanowa betonu wyniki próbek betonowych: Badana właściwość Rodzaj i odczyn ph roztworu pielęgnacji kostek betonowych Czas przechowywania próbek betonowych [dni] Rodzaj użytego kruszywa w kostkach betonowych Masa początkowa [g] Masa po 3 dniach pielęgnacji [g] Średni ubytek masy podczas pielęgnacji [%] Wynik wytrzymałości na ściskanie [MPa] Średnia wytrzymałość na ściskanie [MPa] próba Na ph 3 3 żwir próba Na ph 3 3 wapień próba Na ph 3 1 żwir próba Na ph 3 1 wapień próba Na ph 7 3 żwir

7 próba Na ph 7 3 wapień próba Na ph 7 1 żwir próba Na ph 7 1 wapień próba Woda 3 żwir próba Woda 3 wapień Badana właściwość Rodzaj i odczyn ph roztworu pielęgnacji kostek betonowych Na ph 3 Na ph 3 Na ph 3 Na ph 3 Czas przechowywania próbek betonowych [dni] Rodzaj użytego kruszywa w kostkach betonowych Średni ubytek masy podczas pielęgnacji Średnia wytrzymałość na ściskanie [%] [MPa] 3 żwir 11 3 wapień żwir wapień 3 9 Na ph 7 3 żwir 97 Na ph 7 3 wapień 7 11 Na ph 7 1 żwir 1 1 Na ph 7 1 wapień Woda Woda 3 żwir 13 3 wapień 3 19

8 betonu po 3 dniach pielęgnacji w MPa 3 1 żwir/ph 3 wapień/ph 3 żwir/ph 7 wapień/ph 7 żwir wapień Składnik betonu/ph roztworu betonu po 1 dniach pielęgnacji w MPa 3 1 żwir/ph 3 wapień/ph 3 żwir/ph 7 wapień/ph 7 żwir wapień betonu po pielęgnacji przy ph 3 Składnik betonu/ph roztworu w MPa 3 1 żwir/3 wapień/3 żwir/1 wapień/1 żwir wapień Składnik betonu/ph roztworu betonu po pielęgnacji przy ph 7 w MPa 3 1 żwir/3 wapień/3 żwir/1 wapień/1 żwir wapień Składnik betonu/ph roztworu 1

9 Badana właściwość kruszyw grubych Rodzaj i odczyn ph roztworu do pielęgnacji kruszyw Czas przechowywania kruszyw [dni] Rodzaj badanego kruszywa Wynik wytrzymałości [%] Xs Xr Na ph 3 3 Żwir 99 Spadek wytrzymałości sucho/mokro ΔX 3139 Xs 9 Xr Na ph 3 3 Wapień 117 Spadek wytrzymałości sucho/mokro ΔX 1 Xs Xr Na ph 7 3 Żwir 3 Spadek wytrzymałości sucho/mokro ΔX 7 Xs 93 Xr Na ph 7 3 Wapień 113 Spadek wytrzymałości sucho/mokro ΔX 13 Xs 9 Xr woda 3 Żwir 37 Spadek wytrzymałości sucho/mokro ΔX 73 Xs 93 Xr woda 3 Wapień 19 Spadek wytrzymałości sucho/mokro ΔX 1 na miażdżenie X s 1 1 Porównanie wytrzymałości na miażdżenie kruszyw po 3 dniach pielęgnacji żwir/ph 3 wapień/ph 3 żwir/ph 7 wapień/ph 7 żwir wapień Rodzaj kruszywa/ph 11

10 na miażdżenie X r 1 1 Porównanie wytrzymałości na miażdżenie kruszyw po 3 dniach pielęgnacji żwir/ph 3 wapień/ph 3 żwir/ph 7 wapień/ph 7 żwir wapień Rodzaj kruszywa/ph Wnioski Średni ubytek masy podczas pielęgnacji próbek betonu wapiennego w porównaniu z betonem żwirowym w środowisku agresywnie siarczanowym o ph 3 był niższy co potwierdza iż betony wapienne są bardziej szczelne i odporne na zewnętrznej powierzchni betonu. betonów wapiennych po 3 dniach pielęgnacji w środowisku agresywnie siarczanowym zmniejszyła się w porównywaniu z próbkami przechowywanymi w wodzie jedynie o MPa a próbek betonów żwirowych o 1 MPa co świadczy o wysokiej odporności na korozję siarczanową obu badanych betonów. Pierwotne wytrzymałości na miażdżenie żwiru dawały wysoki ubytek wytrzymałości przy badaniu próbki po namaczaniu. Procentowa zmiana wytrzymałości kruszyw wapiennych była znacznie mniejsza po pielęgnacji w agresywnych środowiskach. Kruszywa węglanowe przy wykorzystaniu ich specyficznych właściwości są cennym materiałem do produkcji betonu. Kruszywo wapienne łączy się chemicznie z zaczynem cementowym dzięki czemu uzyskuje się betony bardziej szczelne i wytrzymałe. Kruszywa wapienne mogą być wykorzystane do betonów zastępując tradycyjne kruszywa krzemionkowe ale również kruszywa łamane ze skał magmowych. Większość skał węglanowych występujących w Polsce jest niereaktywna i nie powoduje ekspansji pod wpływem działania alkaliów. Zjawisko absorpcji i desorpcji wody przez kruszywa węglanowe wymaga indywidualnego podejścia do technologii produkcji betonów wykonywanych na tych kruszywach. 1