wpływ kruszywa na wytrzymałość.pdf

Jacek Góra

Wojciech G. Piasta

Wpływ kruszyw łamanych na właściwości

wytrzymałościowe betonów wysokiej jakości

THE INFLUENCE OF CRUSHED AGGREGATES ON STRENGTH PROPERTIES

OF HIGH QUALITY CONCRETES

Streszczenie

W referacie przedstawiono wyniki badań własnych dotyczących wytrzymałości na ści-

skanie betonów zwykłych i wysokowartościowych z różnych kruszyw. W celu bardziej

jednoznacznego wyjaśnienia zagadnienia wszystkie badania przeprowadzono przy użyciu

próbek kostkowych 150x150x150 mm oraz walcowych o średnicy 150 mm i wysokości

300 mm. Wszystkie wyniki poddano wnikliwej analizie statystycznej. Wpływ kruszywa

na wytrzymałość na ściskanie betonów bez pyłów krzemionkowych wydaje się bardziej

wyraźny przy małych wartościach w/c. Przedstawione wyniki badań podstawowych

doraźnych właściwości betonów potwierdzają wskazania literaturowe, dotyczące wy-

korzystania kruszyw węglanowych w betonach wysokiej jakości klasyfikowanych, jako

zwykłe i wysokowartościowe.

Abstract

The paper describes the compressive strength test results of normal and high performance

concretes with varied aggregates. In order to explain the problem all the tests have been

done with the use of cubical specimens 150x150x150 mm and cylindrical specimens of 150

mm in diameter and 300 mm in height. All the test results have been statistically analyzed

in detail. The effect of aggregates on compressive strength of concretes without silica

fumes seems to be more clear with lower water/cement ratio (w/c). The presented test

results of basic properties of concretes under immediate load confirm literature premises

concerning the use of carbonate aggregates in high quality concretes classificated as normal

and high performance concretes.

mgr inż. Jacek Góra – Politechnika Lubelska

dr hab. inż. Wojciech G. Piasta, prof. PŚk. – Politechnika Świętokrzyska, Kielce

Wpływ kruszyw łamanych na właściwości wytrzymałościowe ...

1. Wprowadzenie

Powszechnie do betonów konstrukcyjnych wysokiej jakości stosuje się kruszywa bazalto-

we i granitowe, natomiast kruszywa węglanowe wykorzystuje się w niewielkim stopniu.

Również w normach i niektórych publikacjach ogranicza się ten typ kruszyw do zasto-

sowania w betonach średnich i niższych wytrzymałości. Jednak w wielu zagranicznych

opracowaniach naukowych, a także krajowych uzasadnia się możliwość używania kru-

szyw węglanowych dobrej jakości do betonów wysokich wytrzymałości. Przykładowo

w USA, wśród kruszyw łamanych zużywanych do produkcji betonu, węglanowe stanowią

prawie 70%, w Polsce tylko 20%. Generalnie w praktyce odczuwalny jest brak zaufania

do kruszyw węglanowych.

Mimo, że jest to niedoceniane, wśród kruszyw łamanych ze skał zbitych wyróżniają

się kruszywa węglanowe (zwykle mieszanina kalcytu i dolomitu o różnych propor-

cjach) o małej porowatości nieprzekraczającej 4%. Ze względu na ich skład fazowy mają

one możliwość reagowania z zaczynem cementowym, co przynosi korzystne zmiany

w warstwie kontaktowej (np. powstawanie monokarboglinianu, zmniejszanie porowatości

i wielkości porów, wzrost wytrzymałości warstwy). Zewnętrzny efekt jest w większości

przypadków łatwo zauważalny na podstawie większych wartości wytrzymałości i modułu

sprężystości betonu. Poprawa właściwości betonu z kruszywa węglanowego jest tym

większa, im dłuższy jest czas dojrzewania. Ze względu na wytrzymałość skał węglano-

wych zwykle niższą niż bazaltu, diorytu, granitu, czy kwarcytu, kruszywa węglanowe

są niezbyt chętnie widziane jako wypełniacze do betonów wysokowartościowych, mimo

przesłanek naukowo-badawczych popierających ich zastosowanie [6] do betonów o wy-

trzymałości na ściskanie f cm wynoszącej 120 MPa.

2. Charakterystyka badanych betonów

W celu przeanalizowania wpływu łamanych kruszyw grubych na właściwości wytrzy-

małościowe betonów wykonano dwa rodzaje mieszanek betonowych o różnych warto-

ściach współczynnika wodno-cementowego. W efekcie przy wartości w/c wynoszącej

0,45 uzyskano betony klasyfikowane jako zwykłe (oznaczenie betonów BI) oraz betony

wysokowartościowe (oznaczenie betonów BII) o w/c = 0,28.

Betony BI i BII wykonano z trzech różnych kruszyw łamanych o uziarnieniu 2÷16 mm:

bazaltowego z kamieniołomu Gracze (B), dolomitowego z Laskowej Góry (D), granitowego

z Granicznej k. Strzegomia (GR) oraz piasku naturalnego płukanego (0÷2 mm) z Suwałk.

We wszystkich badanych betonach zastosowano cement CEM I 42,5 HSR NA niskoalka-

liczny, o dużej odporności na siarczany oraz superplastyfikator zawierający lignosulfonian

z dodatkiem sulfonowanego polikondensatu melaminy z formaldehydem.

W porównywanych betonach przyjęto zasadę zachowania tej samej objętości kruszywa

grubego. Stosy okruchowe poszczególnych kruszyw utworzono z wydzielonych frakcji

2÷4, 4÷8, 8÷16 mm, uwzględniając zróżnicowanie gęstości objętościowych bazaltu, dolomitu

i granitu, tak by zawartość poszczególnych frakcji kruszyw grubych w porównywanych

betonach objętościowo była taka sama. Procentowo wyrażona zawartość frakcji 0÷2 mm

w całej objętości stosu okruchowego, w każdym przypadku wynosiła 35,7%.

W celu uwydatnienia wpływu kruszywa na rozpatrywane właściwości betonów,

zrezygnowano z dodatku pyłów krzemionkowych w badanych betonach, kierując się

w/c, ilością cementu i konsystencją.

Jacek Góra, Wojciech Piasta

Ostateczne składy mieszanek betonowych BI i BII ustalono doświadczalnie przy założeniu

klasy konsystencji odpowiadającej tradycyjnej konsystencji półciekłej. Wskaźnik stopnia

ciekłości mieszanek mieścił się w granicach od 7 do 12 cm według metody stożka opado-

wego, co odpowiada klasom konsystencji S2/S3 zgodnie z PN-EN 206-1 [4]. Zastosowanie

efektywnej domieszki upłynniającej pozwoliło na utrzymywanie właściwości reologicz-

nych mieszanek betonowych przez okres 1-1,5 h. Receptury badanych betonów BI i BII

oraz podstawowe właściwości fizyczne zamieszczono odpowiednio w tablicach 1 i 2.

Tablica 1. Składy mieszanek betonowych BI

składniki betonów BI

oznaczenie betonu

(rodzaj kruszywa grubego)

(w + w Sp )/c = 0,45

BI-B

(bazalt)

BI-D

(dolomit)

BI-GR

(granit)

cement, kg/m 3

371

piasek (0÷2 mm), kg/m 3

701

kruszywo grube (2÷4 mm), kg/m 3

137

126

118

kruszywo grube (4÷8 mm), kg/m 3

409

377

353

kruszywo grube (8÷16 mm), kg/m 3

819

754

706

woda, dm 3 /m 3

166

superplastyfikator (0,7% C), kg/m 3

2,6

właściwości fizyczne

gęstość, kg/dm 3

2,87

2,74

2,63

gęstość objętościowa, kg/dm 3

2,60

2,47

2,40

wskaźnik porowatości, %

9,41

9,85

8,74

nasiąkliwość, %

4,36

4,16

3,94

Tablica 2. Składy mieszanek betonowych BII

składniki betonów BII

oznaczenie betonu

(rodzaj kruszywa grubego)

(w + w Sp )/c = 0,28

BII-B

(bazalt)

BII-D

(dolomit)

BII-GR

(granit)

cement, kg/m 3

479

piasek (0÷2 mm), kg/m 3

699

kruszywo grube (2÷4 mm), kg/m 3

136

125

117

kruszywo grube (4÷8 mm), kg/m 3

408

376

356

kruszywo grube (8÷16 mm), kg/m 3

817

752

703

woda, dm 3 /m 3

128

superplastyfikator (2,0% C), kg/m 3

9,6

właściwości fizyczne

gęstość, kg/dm 3

2,93

2,79

2,70

gęstość objętościowa, kg/dm 3

2,66

2,54

2,46

wskaźnik porowatości, %

9,22

8,96

8,89

nasiąkliwość, %

3,34

3,11

3,19

Wpływ kruszyw łamanych na właściwości wytrzymałościowe ...

Z każdej z sześciu mieszanek betonowych wykonano po 6 próbek walcowych

o średnicy 150 mm i wysokości 300 mm oraz 6 próbek kostkowych o długości krawędzi

150 mm. Powierzchnie podstaw próbek walcowych przed badaniem szlifowano w celu

uzyskania ich równoległości. Badania przeprowadzano po 28 dniach dojrzewania próbek

w warunkach laboratoryjnych.

3. Analiza wyników badań właściwości

wytrzymałościowych

Wyniki badań właściwości wytrzymałościowych betonów BI oraz BII, poddano testom

jednoczynnikowej analizy wariancji i najmniejszej istotnej różnicy (NIR) przy poziomie

istotności α = 0,05. Zastosowane testy wnioskowania statystycznego pozwalają ustalić

wpływ określonego czynnika na uzyskane wyniki doświadczalne, a także umożliwiają

ustalenie, pomiędzy którymi średnimi występują statystycznie istotne różnice przy za-

danym poziomie istotności [1, 2, 7].

Analizy wariancji wyników badań wytrzymałości walcowej i kostkowej na ściskanie

betonów zwykłych BI (rys. 1) wykazały brak statystycznie istotnych różnic powodowanych

przez kruszywo grube (bazaltowe, dolomitowe i granitowe).

Rys. 1. Średnie wartości wytrzymałości na ściskanie betonów BI określone na próbkach walco-

wych ∅ 150/300 oraz kostkowych #150 po 28 dniach twardnienia

Wszystkie trzy betony BI bez względu na rodzaj stosowanego kruszywa, można

uznać jako betony zwykłe klas C45/55, zgodnie z PN-EN 206-1:2003 [4]. Wartości zależ-

Jacek Góra, Wojciech Piasta

ności wytrzymałości walcowych do kostkowych f cm,cyl / f cm,cube , w badanych betonach BI,

mieściły się w przedziale 0,84-0,89 przy średniej 0,86.

Przeprowadzone dwie (oddzielne) analizy wariancji ujawniły statystycznie istotny

wpływ kruszywa grubego na wytrzymałość walcową i kostkową betonu na ściskanie.

Wśród analizowanych wytrzymałości wykazano, że w obu przypadkach wartości f cm,cyl

i f cm,cube betonu z kruszywa granitowego są istotnie mniejsze niż wytrzymałość betonu

z kruszywa dolomitowego i bazaltowego. Natomiast obie średnie wytrzymałości, kostkowa

i walcowa, analizując każdą z tych wielkości oddzielnie, betonów BII z kruszywem bazalto-

wym i dolomitowym nie różnią się istotnie przy α = 0,05 (rys. 2). Jednoznacznie statystycznie

niższa wytrzymałość betonu BII-GR jest niewątpliwie związana z odmiennym składem

mineralnym i właściwościami skały, a także kruszywa (2 do 3,5-krotnie wyższy wskaźnik

rozkruszenia granitu niż dolomitu i bazaltu). Należy przypomnieć, że beton zwykły z kru-

szywem granitowym charakteryzował się nieznacznie wyższą wytrzymałością na ściskanie

od pozostałych betonów (rys. 1). Świadczy to o uwydatnieniu się różnic, wynikających

z odmiennych właściwości kruszyw i skał, dopiero przy wyższych wartościach naprężeń

ściskających w betonach BII. Wraz ze wzrostem wytrzymałości stwardniałego zaczynu

cementowego-matrycy kompozytu poprzez obniżenie w/c do wartości 0,28 (a więc zdecy-

dowanie poniżej 0,38) nastąpiło zmniejszenie porowatości i grubości warstwy kontaktowej

zaczyn-kruszywo. Tym samym ułatwione jest przekazywanie naprężeń pomiędzy matrycą

i wypełniaczem, o czym świadczy przełam zdecydowanej większości ziarn kruszywa gru-

bego na powierzchni pęknięcia próbek. Rozumując w ten sposób, można uznać, że przy

matrycy zależnej tylko od w/c wpływ kruszywa i wytrzymałości strefy kontaktowej ma

znaczenie decydujące o wytrzymałości betonu wysokowartościowego.

Rys. 2. Średnie wartości wytrzymałości na ściskanie betonów BII określone na próbkach wal-

cowych ∅ 150/300 oraz kostkowych #150 po 28 dniach twardnienia

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: