Krossballastbetong

Influence of different types of fine
aggregate on concrete composition
Claus Pade, CBI:s informationsdag, 12 march 2009
Types of fine aggregate
n
Naturgrus 0/8, Sweden, natural pit aggregate
n
Kross B 0/8, Sweden, crushed rock
n
Kross C 0/8, Sweden, crushed rock
n
Søsand 0/4, Denmark, sea dredged
Kross
Claus Pade, CBI:s informationsdag, 12 march 2009
Naturgrus
Søsand
Grading curves of fine aggregate
100
90
80
)
%
( g
n
is
sa
P
70
60
Naturgrus 0/8
50
Kross B 0/8
40
Kross C 0/8
30
Søsand 0/4
20
10
0
0,063
0,125
0,25
0,5
1
2
Particle size (mm)
Claus Pade, CBI:s informationsdag, 12 march 2009
4
8
16
Reference concrete composition – C30
3
Material
kg/m
Byggcement (Skövde)
311,6
Water
181,6
Superplasticizer
1,365
Naturgrus 0/8
1107,7
Kross 8/16
750,5
Water to cement ratio
0,583
SP dosage (%‐wt of cement)
0,438
Fine aggr:Coarse aggr (volume basis)
60:40
Claus Pade, CBI:s informationsdag, 12 march 2009
Fixed
Particle packing – binary diagrams
100%
0%
Kross 8/16
100%
0%
Packing = 0,763
0%
100%
Naturgrus 0/8
Diagrams obtained with 4CPacking
Claus Pade, CBI:s informationsdag, 12 march 2009
Kross 8/16
Packing = 0,804
0%
100%
Kross B 0/8
Particle packing – binary diagrams
100%
0%
Kross 8/16
100%
0%
Packing = 0,815
0%
100%
Søsand 0/4
Diagrams obtained with 4CPacking
Claus Pade, CBI:s informationsdag, 12 march 2009
Kross 8/16
Packing = 0,786
0%
100%
Kross B 0/8
Aggregate grading curves
100
90
80
)
%
( g
n
is
sa
P
70
60% Naturgrus 0/8 + 40% Kross 8/16
60
60% Kross B 0/8 + 40% Kross 8/16
50
40
60% Kross C 0/8 + 40% Kross 8/16
30
48% Søsand 0/4 + 52% Kross 8/16
20
10
0
0,063 0,125 0,25
0,5
1
2
4
Particle size (mm)
Claus Pade, CBI:s informationsdag, 12 march 2009
8
16
31,5
Tested concrete compositions
Naturgrus
Material
Kross B
Kross C
Søsand
Mix 1
Mix 2
Mix 1
Mix 2
Mix 1
Mix 2
Mix 1
Mix 2
312
275
413
351
399
355
293
256
182
160,3
241
204
232
207
170
149
1108
1160
981
1071
1056
1122
907
948
750
785
653
713
667
709
1000
1045
SP (kg/m )
w/c-ratio
1,365
1,204
1,808
1,535
1,744
1,552
1,281
1,121
0,583
0,583
0,583
0,583
0,583
0,583
0,583
0,583
SP (% of cement)
0,438
0,438
0,438
0,438
0,438
0,438
0,438
0,438
205
50
240
25
230
70
205
40
3
Cement (kg/m )
3
Water (kg/m )
3
Fine aggregate (kg/m )
3
Coarse Aggregate (kg/m )
3
Slump (mm)
Claus Pade, CBI:s informationsdag, 12 march 2009
Cement requirement
450
425
402
60% Kross C 0/8 + 40% Kross 8/16 ) 400
m
/g390
k( 375
t
n
e
t 350
n
o
c t
325
n
e310
m
e
C 300
3
60% Kross B 0/8 + 40% Kross 8/16
60% Naturgrus 0/8 + 40% Kross 8/16
48% Søsand 0/4 + 52% Kross 8/16
290
275
250
0
50
100
150
Slump (mm)
Claus Pade, CBI:s informationsdag, 12 march 2009
200
250
300
Concrete – images after slump test
Concrete with Kross B
0/8 – slump 240 mm
Concrete with Naturgrus
0/8 – slump 205 mm
Claus Pade, CBI:s informationsdag, 12 march 2009
Concrete with Søsand 0/4
– slump 205 mm
Conclusions
n
Concrete made with manufactured (crushed) fine aggregate
required significantly more cement - 80 to 100 kg/m3 - than concrete
made with natural fine aggregate to obtain the same consistency.
n
Concrete made with sea dredged fine aggregate (Søsand 0/4)
required the least cement of four types of fine aggregate tested - 15
to 20 kg/m3 less than natural pit sand (Naturgrus 0/8) to obtain the
same consistency.
Claus Pade, CBI:s informationsdag, 12 march 2009
Concrete aggregates from
crushed hard rock
- why, - where, - how?
Svein Willy Danielsen
SINTEF Building and Infrastructure
SINTEF Building and Infrastructure
1
By considering the development in construction
activities, we can estimate that close to 80% of the
sand/gravel ever taken out of the nature, has been
consumed in our generation.
How do we continue from there?
SINTEF Building and Infrastructure
2
The availability of
materials will be one of
the important global
market drivers in the
years to come
(Prof. Roger Flanagan UK)
SINTEF Building and Infrastructure
3
Mineral aggregates can only be
extracted where nature has
placed them
So quarries may have to be
located in the countryside
where constraints against
development are intense.
Or alternatively in
densely populated areas
with protests against
dust, noise and traffic
SINTEF Building and Infrastructure
4
But the aggregates
have to be used
where society needs
them
Which may result in
traffic pollution and
excess use of energy
SINTEF Building and Infrastructure
5
Some international key figures
„ Global demand for aggregates is some 15 billion tons/year
„ Expected to increase to 22 billion, where China alone will
account for some 6 billion
„ European aggregate industry produced >3 billion tons in
2005, at a value of >40 billion €
„ 47 % sand/gravel, 45 % crushed hard rock
„ The remaining part was recycled and artificial materials
„ Production took place in 28.000 quarries
„ European concrete production is almost 600 mill m3, and
uses approx 1,2 billion tons of aggregates per year
SINTEF Building and Infrastructure
6
„ Europe has approx 500 mill people
„ Expected average consumption of mineral aggregates
10 tons per capita
Total of 5 bill tons per year Europe wide
„ Assuming an average equivalent road transport
distance of 40 km
200 billion ton-km per year for aggregate
transport, which means approx 20 billion tons of CO2
emission annually
„ Two key questions:
„ Where do we find these resources on a long range?
„ How long will society accept this CO2 emission?
SINTEF Building and Infrastructure
7
SINTEF Building and Infrastructure
8
Norwegian relevance
„ Large total resources (sand/gravel)
„ Theoretically 12”’m3 Æ 450 years
„ Much less available resources (50 Æ 15%)
„ Land use conflicts
„ Geological issues / technical quality
„ Location, practical availability
„ Size, production economy
„ About 50% of total resources too far from realistic markets
„ Shortage near most populated areas within 10 – 30 years
SINTEF Building and Infrastructure
9
% distribution for some countries
%
Crushed
Recycled
Of European
total prod.
Of Eur. no.
of quarries
Norway
72
<<1
1,8
16
Sweden
61
10
2,6
6,5
Netherlands
8
42
1,6
0,7
Germany
34
9
17
11
UK
31
20
9
4,6
France
54
2,5
13,5
9,5
Spain
65
<<1
15
6,8
SINTEF Building and Infrastructure
10
Development in sand/gravel versus
crushed rock (Norway)
Mill. t
2002
Production value mill. NOK
Year
1982
1991
1997
2000
2002
Sand/
gravel
1000
900
900
760
590
15
Crushed
hard rock
800
1350
1859
1825
1950
35
Total
1800
1920
2759
2585
2540
50
% sand/
gravel
56
47
33
29
23
SINTEF Building and Infrastructure
11
Four essential phases
in aggregate business
1.
2.
3.
4.
Inventory and planning
Quarrying and production
Use of aggregates in construction
Reclamation of mined-out area
SINTEF Building and Infrastructure
12
Sustainability:
Resource management is the
key
– access to resources the
main challenge.
Any encroach upon nature should be
justified by increased values for the
society, both relating to the products
made and to the area left for later use.
SINTEF Building and Infrastructure
13
Aggregate technology
Materials technology
•The use of aggregates
The basic
interdependency in
aggregate technology
Production technology
•The processing of
aggregates
Knowledge of geology
•The basis for aggregates
sources
SINTEF Building and Infrastructure
14
BEDROCK MAP OF NORWAY WITH IMPORTANT
AGGREGATE DEPOSITS
Kvalsund, quartzite
Tromsø, gneiss
Bjørnevatn, gneiss
TROMSØ
Bergneset
gabbro
Bø,gabbro
Sortland, gneiss
Ballangen, gabbro
Løddingen
syenite
BODØ
Legend
PERMIAN ROCKS (OSLO REGION)
(250 to 290 million years)
Nordmarkite, larvikite, granite
Mosjøen, gabbro
Basalt, rhombeporphyry
DEVONIAN ROCKS
(350 to 400 million years)
Sandstone , conglomerate
CALEDONIAN ROCKS
(400 to 650 million years)
Nord-Fosen, gneiss
Granite, trondhjemite
Gabbro, anorthosite, amphibolite
Schist , micaceous slates
Ørsjødal,
sand/gravel
Bjugn, gneiss
Ottersbo, quartzite
Visnes, ecogite
TRONDHEIM
Vassfjellet and Lia
gabbro
Viken/Fræna, gneiss
Rausand
gneiss
Greenstone
Sandstone, schist
Marble
Ålesund, gneiss
PRECAMBRIAN ROCKS
(BASEMENT)
(600 to 2900 million years)
Bremanger, Dyrstad
Bremanger, Gulestø
sandstone
Granite
Gabbro, anorthosite, amphibolite
Basalt, rhyolite
Sandstone, micaceous schist
Gneiss, migmatite
Hyllestad
Trondhjemite
Halsvik, gneiss
Eikefet, gneiss
Dal, gneiss
Hønefoss
gneiss
Austerpollen
Granite/gneiss
Feiring,
gneiss
OSLO
Vinterbro,
gneiss
Juve,
granite
Himberg/Freste,
syenite
Espevik, granite
Jelsa, gneiss
Årdal,
sand/gravel
Tau,
Quartzdiorite
Helle,
sand/gravel
Frafjord,
sand/gravel
STAVANGER
Dirdal, gneiss
Hellevik,
anorthosite
Fjordstein,
Anorthosite/gabbro
Hausvik, gneiss
Hedrum /Tjølling/
Skien, Svartbukt, larvikite
gneiss
Kragerø, gabbro
Brekke,
gneiss
IMPORTANT NORWEGIAN
AGGREGATE DEPOSITS
IN PRODUCTION
Aggregate production
Aggregate for export 2004
Sand/gravel for export 2004
Kristiansand, gneiss
SINTEF Building and Infrastructure
15
Materials technology has to a large degree been
developed in dependence of the aggregate
resources available, and thus of the local/regional
geological conditions
SINTEF Building and Infrastructure
16
Developments in production and use of
manufactured aggregates in Norway
„ A holistic approach to enable local supply and production
„ Utilize local resources of sand and hard rock
„ Minimize long transport of remote materials
„ Obtain a no-waste production
„ Plan for an optimum mass balance in production and market
„ Minimize the need for depositing surplus products
„ Two directions for technology development
„ Improved aggregate production from hard rock
„ A tolerant concrete mix design that plays with the aggregates
„ Development of integrated, industrial plants
„ Aggregate quarry
„ Materials production (asphalt, concrete)
„ Waste handling/recycling
SINTEF Building and Infrastructure
17
What can we achieve by using crushed
rock aggregates in concrete?
„ New developed technology opens new possibilities
„ Aggregate production
„ Concrete proportioning
„ Utilise the properties of different rock types
„ More design opportunities
„ Have a more industrialised production
„ Less surprises
„ Utilise surplus sizes
„ Mass balance
„ Less need for fines deposits – ”no-waste production”
„ Competitive – but different – materials properties
SINTEF Building and Infrastructure
18
Pre-conditions to make concrete
with exclusively crushed
aggregates:
Control of the 0-2 mm
grading
Suitable rock type
Cubicity in the medium
grain size fraction
Specific proportioning
– not just replace the
natural sand
SINTEF Building and Infrastructure
19
Crusher Particle Shape
„ Secondary and
Tertiary Compression
Crusher Sand
„ BarmacSAND™
SINTEF Building and Infrastructure
20
Buell dry classifying plant at Skien Quarry
Feed: 60 tph 0-2 mm
Centrifugal
Moisture ca 2%
Filter
Gravitational –
”GI”
SINTEF Building and Infrastructure
21
Splitting strength as a function of density
SINTEF Building and Infrastructure
22
Splitting strength as a function of w/c ratio. Samples with
cubical/rounded aggregates give considerably higher strength values
SINTEF Building and Infrastructure
23
Specially designed 0-2 mm
gradations (crushed Skien)
used in the research
programme
0
10
Sikterest (%)
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,063
0,125
0,25
0,5
1
2
4
5,6
8
Sikt (mm)
0
10
Aggregates used:
•Skien crushed 5-8
•Natural sand 0-8
•Skien filler
Sikterest (%)
•Skien crushed 2-5
20
30
40
50
60
70
80
90
•Limestone filler
100
0,063 0,125
0,25
0,5
1
2
4
5,6
8
Sikt (mm)
SINTEF Building and Infrastructure
24
Comparison of filler gradation
FA cement
Limestone filler
Gneiss filler (1)
Gneiss filler (2)
Filler fraction in natural
sand
SINTEF Building and Infrastructure
25
Future action and research
1. Tools for mineral resource management
2. Concepts and technologies for optimum
production and use
SINTEF Building and Infrastructure
26
Research topics
•Concepts for competitive use of manufactured
aggregates
•Technology to benefit from specific rock
properties
•Utilisation of secondary aggregates /marginal
resources
•Concepts to constantly obtain mass balance (100%
utilisation)
•Concepts to use more kinds of local materials, all
new materials technology?
•Integrated plant concepts, with cost effective
production
•More economically feasible subsurface quarrying,
combined with establishing
underground
space
SINTEF Building
and Infrastructure
27
Crushed hard rock aggregates for
concrete
•A
need
• A challenge
• And an opportunity
SINTEF Building and Infrastructure
28
Krossballastbetong - översikt och
framtida planer
Björn Lagerblad
Regeringens miljömål
2010 ska uttaget av naturgrus i landet vara högst
12 miljoner ton per år och andelen återanvänt
material utgöra minst 15 % av ballast användningen
M to n
100
90
80
70
60
50
40
K ro s s b e rg (C ru s h e d b e d ro c k )
Ö v rig t (O th e rs ) *
M o rä n (T ill)
N a tu rg ru s (S a n d a n d g ra v e l)
30
20
10
0
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
*) A b s o lu ta m e rp a rte n a v "ö v rig t" b e s tå r a v k ro s s a t b e rg b l. a . frå n s e p a ra ta k ro s s a r,
s k ro ts te n , ö v e rs k o tts s te n frå n in d u s trim in e ra l- o c h p ry d n a d s s te n s b ry tn in g
2000
För närvarande tillverkas cirka 6 miljoner kubikmeter betong
Stenen (8-16 mm) är oftast av kross medan gruset (0-8 mm) är naturgrus.
År 2008 förbrukades något över 2 miljoner ton cement i Sverige varav huvuddelen
gick till betong.
Detta motsvarar 7 miljoner kubikmeter betong där varje kubikmeter betong
innehåller cirka 1 ton 0-8.
Detta medför att betong kräver cirka 7 miljoner ton förädlad naturgrus vilket i sin tur
medför att betong förbrukar mer än 1/3 av all naturgrus.
Skall vi minska förbrukningen av naturgrus minska så måste vi
kunna ersätta 0-8 mm naturgrus med motsvarande krossgrus.
Betong är inte den största
avnämaren av ballast. Cirka
10-15 % av all ballast går till
betong.
Problem
• Största delen av Sverige är uppbyggd av granitiska
bergarter. De flesta befintliga bergtäkter ligger
graniska bergarter
• Internationellt undviker man ofta att göra betong av
finmaterial från granitiska bergarter
• Vanligast är att förutom naturballast använda
finballast från utvalda kalkstenar.
• Dessutom används finballast från krossad kvartsit
eller diabas/basalt
• Alla olika bergarter ger olika problem vilket fordrar
kunskap vid brytning och användning
Granit som finballast i betong
Problemet ligger i att granitiska bergarter ger finmaterial
med flisig och flakig form. Framför allt beror detta på att
de kan innehålla höga halter glimmer.
För att lösa detta måste man;
• Välja rätt bergart
• Välja rätt krossteknik
• Mineralbearbeta
• Sikta, tvätta etc
• Proportionera betongen med hänsyn tagen till
krossballastens egenskaper.
Forskningsprojekt med medel från energimyndigheterna
Med dagens ballast och betongframställningsteknik resulterar en
övergång från naturgrus till krossgrus i en ökning av
cementbehovet med ca. 5 % på grund av ogynnsam kornform och
kornkurva samt 3 % på grund av minskad tryckhållfasthet. Detta
motsvarar en energiförbrukning vid cementproduktionen på 200
GWh.
Projektets mål är att helt motverka denna ökning i cementbehov och
att också vidareutveckla tekniken så att en generell minskning
med 5 % sker trots övergång till krossad ballast.
Projektet skall resultera i:
• Riktlinjer för etablering av bergtäkt inbegripande kriterier
avseende bergets lämplighet för tillverkning av fingrus till betong
• Riktlinjer för betongtillverkarens kravspecifikation av ballast till
betong
• Proportioneringsprogram som beaktar grusets kornform och
kornfördelning
• Inom projektet skall ett antal ”Case-studies” genomföras där
konsekvenserna av en övergång från naturgrus till krossgrus
studeras och utvecklade verktyg testas.
Forskningsprojekt med medel från MinBas II
0,8
Grundrecept
0,7
0,6
Naturgrus
K ry m p n in g , ‰
Ger övergången till
krossballast några
problem;
• Hur påverkas
luftporsystemet och
frostbeständigheten
• Kan finballast från
graniter ge ASR
• Hur påverkas
krympningen.
0,5
Grundrecept
0,4
Grundrecept
0,3
0,2
Naturgrus
Gladö
Kolmetorp
Kleva
0,1
0,0
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
Flytmedelsdos %
Med sämre finmaterial krävs mera flytmedel
vilket i sin tur ger större krympning
Granitens problem är flakighet i finfraktionen
F-shape 63-125 µm
Flakig
Kubisk
Lic A-L Persson KTH 1996
. F-shape
är kvoten mellan längsta och kortaste avståndet i en partikel.
Geometriska data från olika graniter
N1
C10 (Bra)
C7 (Dålig)
Geometrisk skillnad mellan olika fraktioner i olika typer av grus.
Flytgränsspänning [Pa]
160
N1
C1
C3
C5
C7
C9
C11
C13
140
120
100
80
N2
C2
C4
C6
C8
C10
C12
C14
Olika finmaterial ger olika
reologi
60
40
20
0
0
10
20
30
Samma betong olika grus 0-2
Finmaterial < 0.25 mm [vol.- %]
250
Underås
Kleva
Vändele
Samma betong men
med olika 0-2 mm
material.
Finmaterialet är den
mest väsentliga
variablen.
Enhörna
Gladö
Kolmetorp
200
150
100
50
0
Betong
Vambåsa
Arlanda
Enhörna*
Vambåsa*
Kållered
Stöningsberget
Petrografisk analys på olika graniter
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
N1
0,125-0,25 mm
100%
75%
50%
25%
0%
K1
K2
K3
K4
K5
K6
K7
K8
P K9
r ov
K10
K11
K12
K13
K14
K15
K16
K10
K11
K12
K13
K14
K15
K16
1-2 mm
100%
75%
50%
25%
0%
K1
K2
Glimmer
K3
K4
Kvarts
K5
K6
K7
Fältspat
K8
K9
Hornblände
Pyroxen
Salisk
N1
Mafisk
Effekt av vindsiktning
1
N3
Vindsiktad 0,063-0,5
Vindsiktad 0,5-2
F-aspekt
0,75
Visar två fraktioner
separerade med vindsikt
Den flakigare formen hos
0,063-0,5 beror på att
glimmerpartiklarna vid
vindsiktningen hamnar här.
0,5
Detta medför att man kan
minska glimmerhalten
genom att vindsikta och
sedan endast använda den
grövre fraktionen.
0,25
0
0,0750,125
0,125-0,25
0,25-0,5
Fraktion
0,5-1
Granitfamiljen. Olika graniter har olika sammansättning. Om man väljer rätt granit
utan glimmer och med mycket fältspat så får man en bra finballast för
betongtillverkning.
Kvarts 100 %
Kvartsrik granit
Kvartssyenit
Granit
Granodiorit
Kvartsdiorit
Kvartsmonsonit
Syenit
Alkalifältspat 100 %
Diorit
Kvarts 0 %
Plagioklas 100 %
Vad gör man
•
•
•
•
•
•
Väljer rätt bergart
Kubiserar (fungerar sämre på finballast)
Vindsiktar (Glimmeranrikning i finare fraktioner
Tvätta (Tar bort överskott av filler)
Ta bort glimmer (magnetseparation, flotering
Optimal proportionering anpassad för den
specifika krossprodukten
Diskussion-Transportavstånd
• Det finns graniter och kalkstenar vars
finmaterial fungerar i det närmaste lika bra som
naturballast i betong.
• Detta fordrar emellertid transporter vilket är
dyrt och energikrävande.
• För att lösa detta bör man öppna mindre täkter
nära betongfabrik med optimal ballast. Detta
fordrar att kriterierna för täkttillstånd
omprövas.
• Bättre kross och bearbetningsteknik kan
möjliggöra användning av lokalt restberg.
Inverkan av produktionsteknik på
krossballasts vatten- och cementbehov
i bruk
CBI:s informationsdag 2009
Mikael Westerholm
André Horta
1
Energieffektiv framställning av betong
med krossat bergmaterial
Bild. Cementa AB
Bild. Cementa AB
Mål: att motverka den ökning i cementbehov
som en övergång till krossballast generellt
leder till.
Val av berg
Produktionsteknik
Proportionering
2
Ballasten utvärderas i cementbruk (0/2 mm)
• Cirka 50 olika ballastmaterial
• Cementbruk med vct 0,57
• Viskometer
Skjuvspänning [Pa]
τ
τ = τ0 + μpl γ
μpl
1
τ0
Skjuvhastighet [1/s]
γ3
Reologi/arbetbarhet hos 0/2 mm bruk
700
Ballastens
egenskaper avgör
dess lämplighet för
betongtillverkning:
Flytgränsspänning [Pa]
600
500
400
300
• Kornform
Naturgrus
200
• Mineralogi
100
• Gradering
0
0
2
4
6
8
10
12
Plastisk viskositet [Pa s]
4
Reducera finmaterialmängden - vindsiktning
Ballast
• Dela upp ballasten i flera
fraktioner…
• och anpassa graderingen
• Glimmer kan delvis avskiljas
Finmaterial
Grövre
material
Quarry Management
Journal, Juni 2008
Passerande [%]
Luftintag
Luftintag
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,01
Naturgrus
Krossballast
0,1
1
10
5
Sikt [mm]
Reducera finmaterialmängden - vindsiktning
700
Flytgränsspänning [Pa]
600
• Ballastens
gradering av mycket
stor betydelse!
500
400
300
200
Spridning vid
lika gradering
100
• Den högre
viskositeten kan
relateras till
skillnader i kornform.
0
0
2
4
6
8
10
12
Plastisk viskositet [Pa s]
6
Reducera finmaterialmängden - potentiell
“cementbesparing”
Flytgränsspänning [Pa]
250
Naturballast (N3)
Konkrossad (K40)
200
Vindsiktning ger en
potentiell ”cementbesparing” på ca. 10 %
för detta krossgrus.
"Vindsiktad" (K40)
+5 %
cement
150
100
+10 %
cement
50
0
0
2
4
6
Plastisk viskositet [Pa s]
7
Krossteknik - kornform
Ballast från två täkter:
Konkross
VSI-kross (Kubisering)
N1
C10 (Bra)
C7 (Dålig)
F-aspekt= Dmin /Dmax
8
Krossteknik - kornform
1
F-aspekt
0,75
Naturgrus (N3)
Konkross (K40)
VSI-kross (K40)
VSI-kross (kubisering):
• Förbättrad kornform
• Störst effekt på grövre
fraktioner
0,5
• Ingen förbättring i
kornform hos finmaterialet
0,25
0
0,0750,125
0,1250,25
0,25-0,5
0,5-1
Fraktion
9
Krossteknik - kornform
1
F-aspekt
0,75
Naturballast (N3)
Konkross (K55)
VSI-kross (K55)
VSI-kross (kubisering):
• Förbättrad kornform
• Störst effekt på grövre
fraktioner
0,5
• Ingen förbättring i
kornform hos finmaterialet
0,25
0
0,125-0,25
0,25-0,5
Fraktion
0,5-1
10
Krossteknik - reologi
VSI-kross (kubisering):
Naturgrus (N3)
Konkross (K40)
VSI-kross (K40)
250
200
• Tydlig förbättring av
reologin.
150
• Medelbra
100
bra
1
0,75
50
F-aspekt
Flytgränsspänning [Pa]
300
0
0
1
2
3
4
Plastisk viskositet [Pa s]
5
6
Naturgrus (N3)
Konkross (K40)
VSI-kross (K40)
0,5
0,25
0
0,0750,125
0,1250,25
0,25-0,5
Fraktion
11
0,5-1
Krossteknik - reologi
VSI-kross (kubisering):
N3
Konkross (K55)
VSI-kross (K55)
250
200
• Tydlig förbättring av
reologin.
150
• Dåligt
100
1
50
0,75
F-aspekt
Flytgränsspänning [Pa]
300
0
0
1
2
3
4
5
Plastisk viskositet [Pa s]
6
medelbra
Naturballast (N3)
Konkross (K55)
VSI-kross (K55)
0,5
0,25
0
0,125-0,25
0,25-0,5
0,5-1
Fraktion
12
Potentiell “cementbesparing” genom VSIkrossning
Flytgränsspänning [Pa]
250
N3
Konkrossad (K40)
"Vindsiktad" (K40)
VSI-krossad (K40)
200
VSI-krossning +vindsiktning ger en
potentiell ”cementbesparing” på ca. 15 %
för detta krossgrus.
150
100
+15 %
cement
50
0
0
2
4
6
Plastisk viskositet [Pa s]
13
Sammanfattning
• Ballast från krossat berg har generellt en ogynnsam
kornform samt stort finmaterialinnehåll.
• Vindsiktning ger en signifikant minskning av de flesta
krossgrus vatten/cement/flytmedelsbehov.
• Potentiell ”cementbesparing” på 10 %.
• VSI-krossning resulterade i en signifikant förbättring av
ballastens kornform. Framförallt i grövre fraktioner.
14
Sammanfattning
• I finfraktionen observerades dock ingen förbättring av
kornformen.
• Signifikant förbättring av reologin. Medelbra till bra.
• Potentiell ”cementbesparing” på ca. 15 %.
15
Hur välja ballast till helkrossbetong?
Gram 2009
Grov ballast
Gram 2009
8-16 mm
Grov ballast
Gram 2009
4-8 mm
Metoder att bestämma stenens kornform
„ LT-index, SS EN 933-4
„ Flisighetsindex, SS EN 933-3
„ Handgripligen – mäta och väga
„ Bildanalys på korn ingjutna i betong eller plast
Gram 2009
Handgripligen – mäta och väga
Längd mm Bredd mm
26
8
21
8,5
28
8
21
8
23
8,5
26
9
23
6
21
8,5
20
14
27
8,5
20,5
18
20
7
20
11
19,5
11
20
7
19
8
19,5
7,5
22
8
396,5
164,5
22,0
Gram 2009
9,14
Vikt g
3,06
2,47
4,15
2,33
3,06
4,96
2,13
2,66
2,45
3,02
2
2,69
2,07
2,3
1,7
1,64
1,6
3
47,29
L/D
3,3
2,5
3,5
2,6
2,7
2,9
3,8
2,5
1,4
3,2
1,1
2,9
1,8
1,8
2,9
2,4
2,6
2,8
2,4
2,63
2,4
Grov ballast
Flisighetsindex - harpsikt
Flisighet Flisighet
Fraktion 8-16 mm 4-8 mm
16-20
12
12,5-16
6
10-12,5
8
8-10,0
15
40
6,3-8
17
24
5-6,3
22
4-5,0
22
Gram 2009
Bildanalys
Gram 2009
Kornformens betydelse
L/D = 1
Volymbehov: π*r3/3/r3
Stenhalt 800 kg/m3
Vikt: 5,05 g
Densitet: 2630 kg/m3
Stenhalt 700 kg/m3
Gram 2009
38%
L/D = 3,4
Volymbehov: 3,4*1*1/5,05/2630
56%
Kornformens betydelse och konsistensens betydelse
Konsistens – S2
Stenhalt 650 kg/m3
66 %
Konsistens - SKB
Stenhalt 500 kg/m3
Gram 2009
96 %
Kornformens och konsistensens betydelse för cementbehovet
„ Mindre bra kornforn
lägre stenhalt
„ Lösare konsistens
lägre stenhalt
„ Lägre stenhalt
ökat cement- och vattenbehov!
Gram 2009
Välj således sten med så lågt flisighetsindex som möjligt
Flisighetstal <
5
5-10
10-20
> 20 - 30
Bra
Acceptabelt?
Besvärligt
Olämpligt till lösa
betonger ?
Men ballast < 4 mm ?
Gram 2009
Ballastkorn < 4 mm ? Även här är kornformen viktig!!
„ Här finns ingen standard för kornform
Bildanalys – omständigt….
Gram 2009
0-4 mm kan delas in i tre områden
< 0,125 mm
>1,0 mm
Upp till 50 %
Upp till 30%
Gram 2009
Filler
Fin ballast
Fraktion > 1,0 mm
„ Bestämning av flisighetstal
Lars Stenlid, Skanska
Gram 2009
Ej normerat – men nedskalning från SS-EN 933-3
Flisighetsindex – fraktioner < 4 mm
Fraktion Vikt (g) Spalt, mm Vikt passerar Flisighetstal
3,15/4
60
2
8,2
14
1,6/2
40
1
4,8
12
1/1,25
20
0,63
1,2
6
Gram 2009
Lars Stenlid, Skanska
Fin ballast
„ Flödestid
„ Packning
„ CamFlow
Bruk eller mikrobruk
Gram 2009
Fraktion 0-4 mm
Torra fraktioner
0,063-2 mm
1,6-2 mm
Flödestiden ger mått på både kornform och ytråhet
Flödestid för 125 g:
Fraktion Natur Kross Kross
3,15/4
x
x
x
2-3,15
x
x
x
1,6/2
5,71 6,09
7,10
1,25-1,6 4,78 5,39
6,07
1/1,25
4,15 4,81
5,36
Ju kortare flödestid, desto bättre reologi
Gram 2009
4
5
Lös packning – samma sak
Lös packning
Fraktion Natur Kross Kross
3,15/4
50,6
2-3,15
49,9 50,4
47,6
1,6/2
48,9 48,9
44,8
1,25-1,6 49,4 48,1
43,8
1/1,25
49,6 47,2
43,2
Ju högre värde, desto bättre reologi
Gram 2009
4
5
Fin ballast
Fraktionen mellan 0,125 och 1 mm
< 0,125 mm
Fraktionen eller delar därav
kan också studeras med hjälp
av lös packning och flödestid
eller CamFlow/utflyt med kon
Upp till 50 %
Upp till 30%
Fill
Gram 2009
>1,0 mm
Fin ballast
Fraktioner < 0,125 mm - Fillerfraktionen
„ CamFlow – utflyt med kon
< 0,125 mm
>1,0 mm
Upp till 50 %
Upp till 30%
Fill
Gram 2009
Fin ballast
Filler < 0,125 mm
Blanda cement och vatten med vct=0,4 – fyll kon – mät diametern
Byt ut 50% av cementet mot fillern, jämför.
100 % Cement
50 % Stenmjölsfiller
50 % Kalkfiller
Gram 2009
Sammanfattning
„ Kornformen har stor inverkan på betongens reologi
„ Detta gäller i alla fraktioner
„ Ju mindre kornen är – desto svårare att bestämma kornformen
„ Flisighetstalet är en enkel metod för fraktioner ner till 1 mm
„ Flödestid och lös packning ger mått på både kornform och yta
„ Flödestid och lös packning underlättar jämförelsen mellan olika
grus
„ Bruks- och mikrobruksförsök med Hägermankon underlättar
också jämförelsen mellan olika fin ballast.
1- 4 mm
Gram 2009
0,125-1 mm
< 0,125 mm