Kruszywa budowlane i drogowe.

Kruszywa budowlane i drogowe
Kruszywa są to materiały ziarniste (naturalne lub sztuczne, nieorganiczne lub organiczne), stosowane jako składniki zapraw betonów, bitumicznych mieszanek do budowy nawierzchni drogowych, itp. Rozróżnia się kruszywa mineralne uzyskiwane przez mechaniczną przeróbkę surowców skalnych i kruszywa sztuczne, uzyskiwane z surowców organicznych oraz z surowców mineralnych wyniku poddawania ich przemianom cieplnym i przeróbką mechanicznym.

2.1. KLASYFIKACJA KRUSZYW MINERALNYCH
Ze względu na pochodzenie i sposób uzyskiwania kruszyw dzieli się je na: mineralne i sztuczne.
W zależności od surowca skalnego i od sposobu produkowania kruszywa dzieli się na grupy: kruszywo naturalne i kruszywo łamane.
Kruszywo naturalne dzieli się na: kruszywo naturalnie niekruszone, kruszywo naturalne kruszone.
Kruszywo łamane dzieli się na: kruszywo łamane zwykłe, kruszywo łamane granulowane.
W zależności od uziarnienia kruszywo dzieli się na trzy rodzaje:
• drobne o ziarnach do 4 mm
• grube o ziarnach 4-36 mm
• bardzo grube 63-250 mm
Zależnie od cech jakościowych dzieli się kruszywa na odmiany, gatunki, klasy i marki. Podział na sortymenty wynika z wymagań norm przedmiotowych. Podstawowe pojęcia, które służą jako zasady podziału:
Odmiana jest związana z zawartością w kruszywie budowlanym grudek gliny.
Gatunek jest to symbol liczbowy, określający jakość kruszywa wg norm przedmiotowych.
Klasa techniczna kruszywa jest to symbol liczbowy, określany jakością surowca skalnego, z którego jest wyprodukowane kruszywo drogowe.
Marka kruszyw jest to symbol liczbowy, określający jakość kruszywa, gwarantujący otrzymanie betonu klasy, co najmniej równej tej marce.

2.2. KRUSZYWA NATURALNE
Piasek do zapraw budowlanych składa się z ziaren, których największa średnica nie powinna przekraczać 2 mm.
W zależności od składu petrograficznego rozróżnia się dwie klasy petrograficzne piasków naturalnych, występujących w złożu w stanie naturalnego rozdrobienia oraz łamany, uzyskany w wyniku rozdrobienia litej skały z podaniem nazwy skały.
W zależności od składu ziarnowego rozróżnia się dwie odmiany piasków:
• o ziarnach do 2 mm
• o ziarnach do 1 mm.

2.3. KRUSZYWA MINERALNE DO BETONU
Rozróżnia się trzy grupy kruszyw mineralnych do betonu:
• piasek, piasek łamany
• żwir, grys, grys z otoczaków
• mieszanka kruszywa naturalnego sortowana, kruszywa łamanego i kruszywa z otoczaków.
W zależności od zawartości poszczególnych frakcji w kruszywach, dzieli się je na dwa gatunki: 1 i 2.
W zależności od przydatności do odpowiedniej klasy betonu, kruszywa grube dzieli się na cztery marki: 10; 20; 30 i 50.
Rozróżnia się cztery podstawowe klasy petrograficzne kruszywa grubego: żwir, grys ze skał magmowych i metamorficznych, grys ze skał osadowych, grys z otoczaków.
Kruszywo do betonów powinno charakteryzować się stałością właściwości fizycznych i jednorodnością uziarnienia oraz nie powinno zawierać składników szkodliwych ilości lub postaci, wywierającej wpływ na cechy betonu.
Kruszywo kamienne łamane ze skał węglanowych stosowane jest do betonów lastrykowych i suchych mieszanek zapraw do tynków. Kruszywa łamane ze skał węglanowych mogą być stosowane do betonów zwykłych.
Wytrzymałość skały węglanowej, z której uzyskuje się kruszywo nie może być mniejsza niż 40 MPa, mrozoodporność zaś bez zniszczenia powinna wytrzymać 15 cykli.

2.5. KRUSZYWA SZTUCZNE
Kruszywa sztuczne w zależności od rodzaju surowców i sposobów produkowania, dzieli się na grupy:
• kruszywa z surowców mineralnych mineralnych poddawanych obróbce termicznej. Do tej grupy należy keramzyt i glinoporyt.
• Kruszywa z odpadów przemysłowych poddawanych obróbce termicznej. W tej grupie rozróżnia się sortymenty kruszyw łupkoporytowych.
• Kruszywa z odpadów przemysłowych nie poddawane dodatkowej obróbce termicznej z sortymentami: elporytu, popiołu lotnego.
Keramzyt jest to sztuczne kruszywo lekkie, otrzymywane przez wypalanie surowców ilastych, pęczniejących pęczniejących wysokiej temp.
Glinoporyt jest to sztuczne kruszywo lekkie, otrzymywane przez spiekanie surowców ilastych i przekruszenie spieku.
Łupkoporyt jest to sztuczne tworzywo lekkie, otrzymywane przez spiekanie łupków przywęgłowych i skruszenie spieku.
Elporyt jest to sztuczne tworzywo lekkie, otrzymywane przez rozdrobnienie żużli odprowadzanych z elektrownianych palenisk pyłowych.
Łupkoporyt ze zwałów jest to sztuczne tworzywo, otrzymywane przez rozdrobnienie łupków przywęgłowych, przepalonych na zwale.
Popiół lotny powstaje ze spalania zmielonego węgla kamiennego w paleniskach elektrowni w stanie zawieszenia, a następnie jego wychwycenie z gazów spalin przy pomocy elektrofiltrów.
Kruszywa do betonów lekkich, w zależności od rodzaju surowców użytych do produkcji i metody produkcji dzieli się na trzy grupy.
W zależności od granic uziarnienia dzieli się kruszywa na rodzaje, frakcje lub grupy frakcji.
W zależności od gwarantowanej wytrzymałości betonu wykonywanego z danego kruszywa dzieli się kruszywa na marki: 2,5; 7,5; 15,0 i 25,0.Wg właściwości fizycznych i składu chemicznego dzieli się je na dwa gatunki.
Kruszywo z kawałkowego żużla wielkopiecowego otrzymuje się z zastygłej lawy wielkopiecowej.
Zależnie od uziarnienia kruszywo dzieli się na frakcje lub grupy frakcji, że wzgl. zaś na cechy fizyczne kruszywo żużlowe dzieli się na swa gatunki.
Do produkcji kruszywa może być stosowany żużel kwaśny. Gęstość objętościowa żużlu wynosi nie mniej niż 2,5 kg/dm3. Kruszywo z kawałkowego żużla wielkopiecowego o uziarnienia 4-16 mm jest stosowane do betonów klas nie wyższych niż B 25, kruszywo o uziarnieniu 0-16 mm do produkcji drobnowymiarowych elementów betonowych z betonu klas nie wyższych niż B 10, kruszywo zaś o uziarnieniu 0-31,5 – do robót drogowych.
Kruszywa specjalne produkowane są z odruchów bardzo twardych kamienia naturalnych
(kwarcyt, krzemień) lub sztucznych ( stopy mineralne, porcelana, sztuczny korund, karborund). Służą one do produkcji betonu o wysokiej wytrzymałości na ściskanie, odpornego na ściskanie i uderzenia. Ścieralność na tarczy takich betonów wynosi 0,07-0,15 cm. Cechy te osiąga beton dzięki wysokim właściwościom wytrzymałościowym i fizycznym składników kruszywa, dobranych wg krzywej uziarnienia, zapewniających zwartość stosu okruchowego, oraz dzięki reakcji chemicznej zachodzącej między produktami hydratacji i hydrolizy cementu i kruszywa. Kruszywa utwardniające stosuje się do betonowych powierzchni, narażonych na ścierani, uderzenia, a więc do podłóg, stopni schodowych, ramp, płyt chodnikowych, podpór mostowych, ścian skarbców bankowych, itp.

2.7. BADANIE WŁAŚCIWOŚCI KRUSZYW
Kruszywo jest materiałem używanym we współczesnym budownictwie w bardzo dużych ilościach. Od jakości kruszywa są zależne w dużej mierze trwałość oraz bezpieczeństwo budynków i budowli. Badanie technicznych właściwości kruszyw budowlanych przeprowadza się bądź bezpośrednio na budowie, bądź w wyspecjalizowanych laboratoriach.
Przez partię kruszywa należy rozumieć pewną ilość kruszywa takiej samej klasy petrograficznej, odmiany, frakcji, marki tego samego rodzaju, gatunku i sortymentu.
Do oznaczenia pojedynczej właściwości lub ustalenia ilości pojedynczego składnika pobiera się próbkę analityczna kruszywa. Część próbki analitycznej, rozjemczej lub archiwalnej, która przeznaczona jest do jednorazowego oznaczenia właściwości nazywa się naważką. Próbki pierwotne należy pobierać z:
• Urządzeń transportu odprowadzających kruszywo: z przenośników taśmowych, z rynien, ze zsypów itp.
• Samochodów, wagonów, barek i podobnych urządzeń transportowych,
• Składowisk, pryzm, hałd itp.
• Silosów i zasobników
• Pojemników, z kontenerów, worków
. Wielkość próbki pierwotnej jest zależna od wielkości ziaren danej frakcji, a mianowicie – mianowicie przypadku kruszyw a o największych ziarnach:
• do 4 mm – minimalna masa próbki pierwotnej 2 kg
• do 8 mm - minimalna masa próbki pierwotnej 5 kg
• do 16 mm - minimalna masa próbki pierwotnej 10 kg
• do 32 mm - minimalna masa próbki pierwotnej 20 kg
• do 64 mm - minimalna masa próbki pierwotnej 25 kg
• więcej niż 63 mm - minimalna masa próbki pierwotnej 40 kg

Próbki pobierane do oznaczenia wilgotności powinny być szczelnie opakowane. Gdy przewiduje się badanie jednorodności kruszywa należy każdą próbkę pierwotną zapakować oddzielnie.
Oznaczenie składu ziarnowego metodą na sucho polega na rozdzieleniu kruszywa na frakcje za pomocą sit, a następnie na ustaleniu procentowego udziału mas poszczególnych frakcji w masie próbki kruszywa. Wymiary kwadratowych otworów sit w zestawie sit kontrolnych są następujące: 0,063; 0,125; 0,5; 1,0; 2,0; 4,0; 8,0; 16,0; 31,5; 63,0; 125 mm.
Ze średniej próbki laboratoryjnej pobiera się próbkę analityczną, suszy w temp. 105-110 C do stałej masy, studzi temperatury otoczenia i odważa się próbkę do wykonania analizy sitowej. Najmniejsza masa próbki jest zależna od wymiary największego ziarna badanego kruszywa:
• kruszywo do 0,5 mm - najmniejsza masa próbki 0,1 kg
• kruszywo do 2,0 mm - najmniejsza masa próbki 0,4 kg
• kruszywo do 4,0 mm - najmniejsza masa próbki 0,8 kg
• kruszywo do 8,0 mm - najmniejsza masa próbki 1,6 kg
• kruszywo do 16,0 mm - najmniejsza masa próbki 3,2 kg
• kruszywo do 31,5 mm - najmniejsza masa próbki 6,3 kg
• kruszywo do 63,0 mm - najmniejsza masa próbki 12,6 kg
• kruszywo ponad 63,0 mm - najmniejsza masa próbki 20 kg.
Próbny przesiew kruszywa jest prowadzony na sucho lub na mokro. Zależnie od masy próbki przesiew wykonuje się od razu na całej próbce lub kolejno w częściach aż do przesiania całej próbki. Sito ustawia się jedno na drugim kolejno od dołu sita o najmniejszych otworach do sita o największych otworach na górze. Próbkę kruszywa umieszcza się na górnym sicie, przykrywa i wstrząsa kompletem sit ręcznie lub za pomocą wstrząsarki mechanicznej. Przesiewanie uważa się za zakończone, gdy po jednej minucie wstrząsania ubytek masy kruszywa z każdego sita będzie mniejszy niż 0,1 % masy próbki analitycznej. W przypadku dzielenia próbki analitycznej na części należy wyniki odważań poszczególnych frakcji kruszywa sumować.
W przypadku przesiewu na mokro należy komplet sit zestawić jak w przypadku przesiewu suchego, jednak bez dolnego pojemnika. Zestaw sit z kruszywem umieszczonego na górnym sicie należy wstrząsać, polewając równocześnie wodą. Po zakończeniu przesiewu należy każdą frakcję wysuszyć w temp 105-110ºC i zważyć. Ziarna, które uwięzły w otworach sit zalicza się do pozostałości na sicie.
Po zakończeniu przesiewu jedna z opisywanych metod oblicza się procentowy udział masy każdej z frakcji w masie całej próbki, obliczając stosunek mas.
Wynik wykonanej analizy sitowej uważa się za poprawny, gdy suma procentowego udziału mas poszczególnych frakcji kruszywa nie jest mniejsza niż 99%. Zaleca się przedstawienie wyników analizy sitowej w tablicy oraz na wykresie – na siatce graficznej.
Określenie wskaźnika uziarnienia piasku do zapraw polega na rozsianiu na sitach kwadratowych próbki na frakcje 0-0,063mm; 0,063-0,125 mm; 0.125-0,25mm; 0,25-0,5 mm; 0,5-1,0 mm; 1,0-2,0 mm i 2,0-4,0 mm. Na podstawie wyników dokonanej w ten sposób analizy sitowej należy sporządzić wykres uziarnienia i wyznaczyć wartości odsiewu dziesiętnych ułamkach masy próbki. Suma uzyskanych wartości odsiewu jest wskaźnikiem uziarnienia.
Oznaczenie kształtu ziaren polega na określeniu wyrażonego w procentach udziału masy ziaren nieforemnych, wydzielonych z próbki w wyniku pomiarów ich wielkości. Pomiary przeprowadza się za pomocą tzw. suwmiarki Schultza. Pomiary przeprowadza się pojedynczo na wszystkich ziarnach frakcji 4-8 mm, 8-16mm, 16-31,5 mm kruszywa grubego wchodzącego w skład średniej próbki laboratoryjnej. W tym celu pomiary powinny być poprzedzone oznaczeniem składu ziarnowego. Jeśli zawartość jednej z frakcji nie przekracza
10%, można tę frakcję pominąć.
Ze średniej próbki laboratoryjnej metodą kwartowania wydziela się taką ilość kruszywa, aby pobrać z każdej frakcji próbkę analityczną o masie odpowiedniej do frakcji:
• 4,0 – 8,0 mm – najmniejsza masa próbki 150 g
• 8,0 – 16,0 mm – najmniejsza masa próbki 500 g
• 16,0 – 31,5 mm – najmniejsza masa próbki 1500 g.
każde ziarno kruszywa umieszcza się między ranieniem suwmiarki tak , aby rozstaw ramion odpowiadał długości ziarna, po czym wyjmuje się ziarno i przesuwa uwzględniając najmniejszy wymiar (ziarna) między ukośnymi ramionami miarki. Gdy ziarno przechodzi między ramionami ukośnymi jest ono uznane za nieforemne. Po sprawdzeniu wszystkich ziaren należy ziarna nieforemne zważyć. Zawartość ziaren nieforemnych określa się w procentach ze stosunku masy ziaren nieforemnych danej frakcji do masy ziaren całej frakcji. Jako wynik przyjmuje się wartości średniej arytmetycznej z dwóch równoległych oznaczeń.
Zawartość ziaren nieforemnych w kruszywie wielofrakcyjnym oblicza się jako średnią ważoną wyników badań pojedynczych frakcji wg wzoru:
Zns = (Zn1f1 + Zn2f2 + Zn3f3)/(f1 + f2+f3), gdzie f1, f2, f3 – zawartość ziaren poszczególnych frakcji w średniej próbce laboratoryjnej [%], Zn1, Zn2, Zn3 – zawartość ziaren nieforemnych nieforemnych pojedynczych frakcjach [%].
Oznaczanie zawartości pyłów mineralnych wykonuje się metoda płukania. Zasada pomiaru polega na osadzeniu zawiesiny cząstek mineralnych w wodzie i wypłukaniu oraz odrzuceniu cząstek pozostałych w zawiesinie. Po skłóceniu kruszywa z czystą wodą cząstki mineralne opadają. Cząstki, które w warunkach badania opadną z wysokości 25 mm w czasie krótszym niż 20 s, będą większe niż 0,063 mm.
Badanie przeprowadza się w następujący sposób: do naczynia szklanego z kruszywem wysuszonym nalewa się wody, tak aby po wymieszaniu jej z kruszywem (przez szybkie obracanie łopatki) poziom wody sięgał górnej rysy. Po ukończeniu skłócenia zawartość pozostawia się w spokoju przez 20 s, poczym naczynie pochyla się tak, aby wylała się cała zawartość między rysami. Pozostałe po badaniu kruszywo należy wysuszyć w temp. 105ºC i zważyć z dokładnością do 1g. Zawartość pyłu usuniętego przez płukanie oblicza się w procentach jako stosunek wartości ubytku masy kruszywa wypłukanego do pierwotnej masy kruszywa.
Oznaczanie zawartości zanieczyszczeń obcych polega na wybraniu obcych zanieczyszczeń z próbki kruszywa, zważeniu ich i obliczeniu procentowej ich zawartości w próbce.
Ze średniej próbki laboratoryjnej pobiera się próbkę analityczną o masie:
• kruszywo lekkie drobne 300 g,
• kruszywo lekkie grube 1200 g,
• kruszywo ciężkie drobne 600 g,
• kruszywo ciężkie grube 2400g.
próbkę dzieli się na 3 części, z których dwie przeznaczone są do badania, a trzecią do ewentualnego badania dodatkowego.
Próbkę waży się z dokładnością do 0,1 g, rozsypuje na stole laboratoryjnym, wybiera się pęsetą zanieczyszczenia obce i waży. Jako wynik podaje się stosunek masy wybranych zanieczyszczeń obcych do masy próbki użytej do badania. Oblicza się przy tym wartość średniej arytmetycznej z dwóch pomiarów, przy czym wynik nie powinien różnić się więcej niż 0,1. W przypadku, gdy różnica jest większa należy wykonać trzecie oznaczenie, a jako ostateczny wynik podać wartość średniej arytmetycznej dwóch oznaczeń najbardziej zbliżonych.
Oznaczenie zawartości zanieczyszczeń organicznych polega na wzrokowej ocenie zmian zabarwienia wodnego roztworu wodorotlenku sodowego (NaOH), działającego na próbkę kruszywa, na porównaniu z barwa roztworu wzorcowego.
Próbkę badanego kruszywa o masie około 500g przygotowuje się z średniej próbki laboratoryjnej metodą kwartowania. Próbkę tę przesiewa się przez sito 31,5 mm, a większe ziarna rozdrabnia się do wielkości mniejszej od 31,5 mm. Tak przygotowaną próbkę kruszywa wsypuje się do cylindra pomiarowego o pojemności 1000ml i zalewa trzy procentowym wodnym roztworem wodorotlenku sodowego tak, aby warstwa cieczy nad kruszywem była nie mniejsza niż warstwa kruszywa. Zwartość cylindra miesza się i odstawia na 24 h. po upływie tego czasu porównuje się barwę cieczy nad kruszywem z barwą cieczy roztworu wzorcowego. Barwa jaśniejsza lub taka sama jak barwa roztworu wzorcowego świadczy o braku szkodliwej zawartości substancji organicznych w kruszywie. Barwa ciemniejsza od barwy roztworu wzorcowego o nadmiernym zanieczyszczeniu kruszywa.
Oznaczenie mrozoodporności kruszywa polega na określeniu procentowego ubytku mas ziaren kruszywa po określonej liczbie kolejnego zamrażania i odmrażania ziaren kruszywa.
Próbki analityczne kruszywa grubego o ziarnach większych niż 4 mm pobiera się ze średniej próbki laboratoryjnej w ilości zależnej od wielkości największego ziarna w następujących masach:
• do 8,0 mm – najmniejsza masa próbki 250 g,
• do 16,0 mm - najmniejsza masa próbki 500 g,
• do 31,5 mm - najmniejsza masa próbki 1000g,
• do 63,0 mm - najmniejsza masa próbki 2000g,
• większych niż 63,0 mm najmniejsza masa próbki 4000g.
w przypadku kruszyw lekkich masy próbek analitycznych mogą być mniejsze do 50% od podanych powyżej.
Odważoną próbkę wsypuje się do pojemnika i całość umieszcza się w naczyniu z wodą o temp. 20ºC, zalewając woda do poziomu 20 mm powyżej warstwy kruszywa. Kruszywo zanurzone w wodzie przebywa w niej przez 2 doby. Po upływie tego czasu pojemnik z kruszywem wyjmuje się z wody i po kilku minutach odsączania umieszcza się w zamrażarce w temp. -20ºC na czas nie krótszy niż 4 h. po upływie tego czasu pojemnik z kruszywem umieszcza się w naczyniu z wodą o temp. 20ºC na czas nie krótszy niż 2 h. Takie cykle kolejnych zamrożeń i odmrożeń powtarza się tak, aby liczba cykli odpowiadała wymaganiom normy przedmiotowej. Po zakończeniu potrzebnych cykli zamrożeń i odmrożeń przenosi się próbkę analityczną kruszywa na sito o otworach wielkości granicy badanej frakcji i przemywa silnym strumieniem wody, usuwając w ten sposób zniszczone ziarna. Pozostałość suszy się do stałej masy, studzi i waży z dokładnością do 0,05%. Mrozoodporność kruszywa jednofrakcyjnego oblicz się w procentach masy z dokładnością do jednego miejsca po przecinku 0 jako stosunek ubytku masy do masy suchej próbki pierwotnej.
Oznaczenie zawartości ziaren słabych polega na określeniu procentowego udziału w kruszywie naturalnym ziaren, które ulegają zniszczeniu na skutek zgniatania ziaren kruszywa siłą wywierana na pojedyncze ziarna za pomocą obciążonych płyt stalowych. Badaniom jest poddawane kruszywo o uziarnieniu 4-31,5 mm. Jeśli w kruszywie jest więcej niż 85% masy ziaren kruszonych (łamanych), oznaczenia zawartości ziaren słabych nie przeprowadza się.Przed przystąpieniem do wykonywania oznaczenia ustala się zawartość poszczególnych frakcji kruszywa. Frakcje, których zawartość nie przekracza 10% masy kruszywa można pominąć w oznaczaniu zawartości ziaren słabych.
Zawartość ziaren słabych w jednej frakcji określa się procentowo jako stosunek ubytku masy ziaren odrzuconych po próbie do masy próbki pierwotnej.
Oznaczenia marki kruszywa lekkiego przeprowadza się na podstawie oceny gwarantowanej wytrzymałości (RbG) i średniej gęstości objętościowej (ρb) betonu wykonanego z badanego kruszywa. Próbki betonu sporządza się z mieszanki o umownym składzie.
Przybliżoną ocenę marki kruszywa wykonuje się na podstawie gęstości nasypowej w stanie luźnym.
Kruszywo grube kwalifikuje się do marki 2,5, badając oddzielnie każdą frakcję 4,0-8,0; 8,0-16,0; 16,0-31,5. Kwalifikuje się kruszywo grube do marek 7,5; 15,0 i 25,0, badając frakcje 4,0-8,0; 8,0-16,0 razem. Kwalifikuje się mieszanki kruszywa grubego do marek 7,5; 15,0 i 25,0, używając próbki kruszywa o uziarnieniu takim, jak w kruszywie dostarczonym. Zakwalifikowanie kruszywa grubego jakiejś frakcji do marek 7,5; 15,0 i 25,0 ustala się stosując kruszywo o uziarnieniu zgodnie z postanowieniem normy.
Z pięciu próbek analitycznych kruszywa sporządza się pięć zarobów, a z każdego zarobu formuje się sześć próbek. Daje to razem nie mniej niż 30 próbek betonu. Po 28 dniach pielęgnowania próbek mierzy się długość krawędzi i oblicza objętość próbek. Poszczególne próbki waży się i poddaje próbom wytrzymałości na ściskanie przez zgniatanie w maszynie probierczej. Ze zgniecionych próbek z każdego zarobu pobiera się po 2 kg uzyskanego złomu i oznacza jego wilgotność.
Wytrzymałość umowną na ściskanie próbek z każdego zarobu oblicza się z dokładnością do 0,1MPa. Z taką samą dokładnością oblicza się wytrzymałość gwarantowaną z co najmniej trzydziestu próbek z pięciu zarobów. Znając objętości, masy i wilgotności próbek betonu, oblicza się jego gęstość w stanie suchym z dokładnością do 5 kg/m3.