Examensarbete
Byggingenjör 180 hp
Superplasticerarens påverkan och
ballastskillnader på betong med krossad betong som ballast
En experimentell studie om tryckhållfasthet, konsistens och fraktionsfördelning
Byggteknik 15 hp
Halmstad 2020-03-15
Carl Selander
Förord
Denna rapport är utförd som examensarbete på byggingenjörsprogrammet vid Högskolan i Halmstad. Arbetet motsvarar 15 högskolepoäng och genomförts under vårterminen 2020.
Detta arbete utfördes i samarbete med Chryso Nordic AB. Jag skulle vilja tacka Anders Svensson som stod för superplasticeraren, CHRYSO ® Fluid Optima 248 som användes i studien och även hjälpte till med frågor.
Jag vill också tacka Falkenberg Bygg- & Industrisortering AB som gav mig den återvunna betongen samt krossade ner den.
Till sist vill jag även tacka Margaretha Borgström som varit min handledare i detta arbete och Kristian Widén för de arbete som han har lagt ner som examinator.
Carl Selander, våren 2020
Sammanfattning
Detta examensarbete är baserat på experimentella studier med avsikten att studera skillnaden som uppstår vid användning av superplasticerare på betong med krossad betong samt makadam och sand som ballast, med avseende på arbetbarhet, konsistens samt tryckhållfasthet.
Fraktionsfördelningen kommer även analyseras på den krossade betongen i jämförelse med makadamen och sanden.
Det utformades fyra olika blandningar där första blandningen var utan superplasticerare och hade makadam som ballast, andra blandningen innehöll superplasticerare samt makadam som ballast, den tredje blandningen var utan superplasticerare och hade krossad betong som ballast, den fjärde blandningen innehöll superplasticerare och hade krossad betong som ballast. Betongens arbetbarhet uppskattades på samtliga blandningar innan konsistensen mättes. Konsistensen mättes i form av sättmått med hjälp av en sättkon. Sedan tillverkades fyra provkroppar av varje blandning där tryckhållfastheten testades.
Resultaten som erhållits visade att superplasticerare var mer effektiv på blandningarna med makadam. Betongens arbetbarhet och konsistens förändrades endast marginellt, dock ökade tryckhållfastheten med 28,7 och 23,8% för blandningarna med makadam respektive krossad betong som ballast. Den krossade betongen visade på bra fraktionsfördelning men skiljde sig någorlunda från makadamen, den stora skillnaden fanns i de finare fraktionsstorlekarna.
Abstract
This thesis is based on experimental studies with the intention of determine the efficiency of Superplasticizer in concrete made with recycled concrete aggregate compared with macadam in terms of workability, consistency and compressice strength. The fraction distribution will also be analysed on the recycled concrete aggregate compared to the macadam.
Four different mix designs was made in which the first mix was without superplasticizer and had macadam as aggregates, the second mix contained superplasticizer and also had macadam as aggregates, the third mix was without superplasticizer and had recycled concrete aggregate, the fourth mix contained superplasticizer also had recycled concrete aggregates. The workability of was estimated on all mix designs before the consistency was measured. The slump of all mix designs was measured to determine the consistency. Then four specimens were made from each mixture on which the compressive strength was tested.
The results obtained showed that superplasticizers were more effective on the mixtures with macadam as their aggregates. The workability and consistency only changed slightly, the compressive strength increased by 28.7 respectively 23.8% for mixtures with macadam and recycled concrete aggregates. The recycled concrete aggregates showed good fraction distribution but differed quite a bit from the sand and the macadam, the big difference was in the finer fractions.
Innehållsförteckning
Förord ... 2
Sammanfattning ... 3
Abstract ... 4
1 Inledning ... 7
1.1 Bakgrund ... 7
1.2 Problemformulering ... 8
1.3 Syfte och mål ... 8
1.4 Metod ... 8
1.5 Avgränsningar ... 9
2 Betongens sammansättning ... 11
2.1 Allmänt ... 11
2.2 Cement ... 11
2.3 Vatten ... 11
2.4 Ballast ... 12
2.4.1 Makadam ... 14
2.4.2 Krossad betong ... 14
2.4.3 Miljöpåverkan ... 16
2.5 Tillsatsmedel ... 16
2.5.1 Superplasticerare ... 16
2.6 Färsk betong ... 17
2.6.1 Arbetbarhet ... 17
2.6.2 Konsistens ... 17
2.7 Hårdnande av betong ... 18
2.8 Hårdnad betong ... 19
2.8.1 Tryckhållfasthet ... 19
3 Metod ... 21
3.1 Allmänt ... 21
3.2 Cement ... 21
3.3 Ballast ... 21
3.4 Val av betongegenskaper ... 21
3.5 Provkroppar ... 21
3.6 Datainsamling ... 22
3.6.1 Konsistenstest ... 22
3.6.2 Tryckhållfasthetstest ... 22
4 Genomförande ... 23
4.1 Delmaterial ... 23
4.2 Siktning ... 24
4.3 Beräkning av recept ... 25
4.4 Blandning ... 28
4.5 Arbetbarhet och konsistens ... 28
4.6 Gjutning ... 29
4.7 Tryckhållfasthet ... 30
5 Resultat och diskussion ... 31
5.1 Siktning ... 31
5.2 Recept ... 34
5.3 Arbetbarhet och konsistens ... 35
5.3.1 Arbetbarhet ... 35
5.3.2 Konsistens ... 35
5.4 Test av tryckhållfasthet ... 36
6 Slutsats ... 39
7 Referenser ... 41
Bilagor ... 45
1 Inledning
1.1 Bakgrund
Framställandet av ballasten i betong påverkar miljön negativt. Makadam är den allra vanligaste typen av ballast som används, den utgör över 80 procent av ballastproduktionen enligt statistik från SGU (2017). För att framställa makadam så måste materialet sprängas eller knackas bort. Sedan ska materialet transporteras till en kross som förvandlar stora stenblock till makadam vilket görs i flera olika omgångar. Till slut så ska makadamen siktas och sorteras upp efter kornens storlek och därefter lagras. Det används också naturgrus som ballast, singel är ett exempel som utvinns från täkter och transporteras vidare så det kan siktas och sorteras upp likt makadam. Processerna för att framställa ballasttyperna kräver hög energiförbrukning och utsläpp vilket påverkar miljön negativt eftersom betong utgörs av ungefär trefjärdedelar av ballast (Kurad et al. 2017). Utöver detta utvinns naturgruset från rullstensåsar, vilka hjälper till att rena vattnet för vårt samhälle.
Vattenreningen är av större nytta vilket har gjort att användningen av naturgrus har minskat (Cementa 2009).
En stor miljövinst kan fås genom att minska andelen ballast från makadam och singel som används i betong och istället ersätta detta med krossad betong. Betong som annars skulle användas till andrahandskonstruktioner såsom fyllnadsmaterial eller bara tar upp plats på deponi (Pacheco- Torgal et al. 2013). Det finns dock problem med att ersätta ballasten men krossad betong. Den krossade betongen har inte lika goda mekaniska egenskaper som singel och makadam. För att få likvärdig hållfasthet på betongen gjord av krossad betong som ballast med betong gjord från naturlig ballast så krävs en minskning i vattencementtalet. Detta gör att mer cement måste användas vilket är negativt för miljön. För att förbättra egenskaperna hos traditionell betong så används superplasticerare. Superplasticerare gör så att vattencementtalet kan minskas och samtidigt ge en likvärdig eller förbättrad arbetbarhet. Det finns idag ingen superplasticerare speciellt utformad för att användas i betong med krossad betong som ballast.
Användandet av krossad betong som ballast är inget helt nytt. Det finns dock inte mycket forskning gjort på detta ämnet inom Sverige. Om det ses till all forskning så är det ingen nyhet att krossad betong som ballast presterar sämre än den naturliga ballasten. Efter 28 dagar så hade betongen gjord av ballast med 100% krossad betong flera sämre mekaniska egenskaper. Hållfastheten och elasticitetsmodulen hade minskat med 12,2% respektive 17,7% jämfört med referensbetongen.
Dessutom så hade permeabiliteten ökat med 8,2%. Men betongens böjnings- och draghållfasthet hade inte visat någon skiljbar negativ förändring alls (Alengaram 2011). Det har gjorts viss forskning där superplasticerare används för att förbättra egenskaperna för betong med krossad betong som ballast. Bravo et al. (2017) testade en superplasticerares effekt på de mekaniska egenskaperna vid ersättning av betong för antingen de finare fraktionerna eller de grövre fraktionerna med krossad betong. Det som huvudsakligen skiljer denna studien med detta arbetet är att Bravo et al. endast ersatte antingen sanden eller stenen i ballasten med krossad betong. De använde sig även av en annorlunda superplasticerare samt cementtypen CEM I. Resultaten som visades i denna studien var att betong gjord på krossad betong som ballast hade sämre mekaniska egenskaper samt att effektiviteten på superplasticerare varierade beroende vilken typ av krossad betong som användes.
1.2 Problemformulering
Återvunnen betong som ballast skiljer sig från den naturliga ballasten eftersom avfallsbetongen innehåller härdad cementpasta. Cementpastan i avfallsbetongen gör att ballasten får högre porositet och vattenabsorption och det blir dessutom lägre hållfasthet än den naturliga ballasten. Det har negativa effekter på de mekaniska egenskaperna och hållbarheten hos färsk och härdad betong tillverkad med återvunnen betong som ballast. Detta gör att betongen gjord av återvunnen ballast inte kan används i samma utsträckning. Det är här superplasticeraren kommer till användning då den ska göra det möjligt att minska vattencementtalet och ge en likvärdig eller förbättrad arbetbarhet.
1.3 Syfte och mål
Syftet med detta examensarbetet var att undersöka effektivitetsskillnaden på superplasticerare betong gjort på makadam och krossad betong som ballast med avseende på konsistensen och tryckhållfastheten samt undersöka skillnaden i fraktionsfördelningen för de olika ballasttyperna.
Målet med undersökningarna var att visa om superplasticeraren CHRYSO ® Fluid Optima 248 har lika god påverkarkan på konsistensen och tryckhållfastheten i betong gjord på krossad betong som ballast som betong gjord på ballasttypen makadam.
1.4 Metod
Inledningsvis genomfördes en litteraturstudie som underlag till detta arbetet. Litteraturstudien innehåller undersökta vetenskapliga artiklar, böcker, hemsidor och tidigare examensarbeten. Bas till laboratorieundersökningarna var kursen Concrete Technology and Concrete Constructions.
Arbetet använde sig av en kvantitativ metod, resultaten samlades in från laboratorieundersökningar.
Samtliga ballasttyper siktades för att bestämma fraktionsfördelningen. Därefter jämfördes fraktionsfördelningen för den krossade betongen med makadamens och sandens. Det framställdes totalt fyra olika blandningar som antingen var med eller utan superplasticerare och antingen innehöll krossad betong eller makadam och sand som ballast. Betongblandningarnas arbetbarhet uppskattades och konsistensen mättes. Det tillverkades sedan fyra provkroppar av varje blandning där tryckhållfastheten testades efter 28 dygn. Konsistensen testades genom att mäta sättmåttet på den färska betongen. Tryckhållfastheten togs fram genom provtryckning på varje provkropp.
Testerna gjordes på samtliga blandningar och jämfördes med varandra för att bestämma vilken påverkan superplasticeraren hade. Resultaten som är jämförbara med den tidigare studien av Bravo et al. från 2017 jämfördes för att urskilja skillnader i arbetena.
1.5 Avgränsningar
• Rapporten jämförde endast hur effektiv superplasticeraren Optima 248 av Chryso när det gäller arbetbarhet, konsistens och tryckhållfasthet.
• Avfallsbetongen tilldelades från Falkenberg Bygg- & Industrisortering AB.
• Det användes samma material och tillverkningsmetod som vi använt i kursen Concrete Technology and Concrete Construction.
• Konsistensen på den färska betongen testades med hjälp av en sättkon.
• Tryckhållfastheten testades endast efter 28 dygn.
• Byggcement som uppfyller kraven för CEM II/A–LL 42,5 R kommer användas för samtliga blandningar.
2 Betongens sammansättning
2.1 Allmänt
Receptet på betong består vanligen av cement, vatten, olika ballast typer och oftast även olika tillsatsmedel. Kvaliteten av dessa material och proportionerna i receptet mellan materialen kommer bestämma kvalitet och egenskaper, både när det gäller den färska och den hårdnade betongen (Hjort 2020).
2.2 Cement
Cement är ett hydrauliskt bindemedel vilket betyder att det hårdnar genom att reagera med vatten till en produkt som sedan är beständig mot vatten. Den typ av cement som vanligen används idag är portlandcement (Burström 2007). För cement i Sverige gäller standarden SS–EN 197–1.
Standarden anger mekaniska, fysikaliska och de kemiska kraven för de olika cementtyperna. Denna standard anger dessutom egenskaper hos beståndsdelarna i vanliga cementtyper och i vilka proportioner beståndsdelarna skall kombineras för att skapa olika klasser och typer. Det finns ett flertal olika cementtyper men huvudtyperna utgörs utav:
• CEM I Portlandcement
• CEM II Portland-kompositcement
• CEM III Slaggcement
CEM I är den första och vanligaste cementtypen i Sverige och består av ren portlandcement. Denna typ har en långsam värmeutveckling vilket kännetecknas av att den härdar långsamt och är därför lämplig att användas i medelgrova och grova konstruktioner. Den andra cementtypen, CEM II är en portland-kompositcement och har kravet att den måste innehålla minst 65% portlandklinker.
Resten av materialen som kan ingå är granulerad masugnsslagg, silikastoft, flygaska, kalksten eller kombinationer av dessa material. Den sista huvudtypen är CEM III vilket är en slaggcement som innehåller 20–65% portlandklinker och resten masugnsslagg (Burström 2007).
Miljön påverkas negativt eftersom cementproduktionen släpper ut en stor mängd koldioxid. Vid produktionen av ett ton portlandcement frigörs 0,6–1 ton koldioxid (Gartner 2004). Den totala världsproduktionen av cement var ungefär 4,1 miljoner ton 2018 och står för står för upp till 5%
av världens totala koldioxidutsläpp (USGS 2019). Standardportlandcementen utgör ungefär 75%
av den svenska konsumtionen.
2.3 Vatten
Det ställs inte jättehöga krav på vattnet som används, en generell tumregel för att vattnet ska vara användbart är att det är drickbart (Hjort 2020). Förhållandet mellan andelen vatten och cement benämns vct vilket är en förkortning av vattencementtal. Cementpastans egenskaper avgörs till stor del av proportionen mellan vattnet och cementen och beräknas enligt följande:
𝑣𝑐𝑡 =𝑊 𝐶 där
W är mängden vatten, i [kg], [kg/m3] eller [l/m3] C är mängden cement, i [kg] eller [kg/m3]
Vattencementtalet har stor påverkan på både den hårdnade betongen och den färska. Vct brukat väljas utefter önskad tryckhållfasthet på den hårdnade betongen. Desto lägre vct, alltså lägre andel vatten desto högre blir tryckhållfastheten. Vct påverkar även konsistensen på den färska betongen, större andel vatten gör att den färska betongen blir lösare och lättare att arbeta med och mindre vatten gör att den blir trög och svårbearbetad (Burström 2007).
2.4 Ballast
Ungefär 75% av betongens volym består av ballast detta gör att ballasten har stor inflytande på den resulterande betongen (Hjort 2020). Kornformen på ballasten, graderingen, porositeten och de mineralogiska egenskaperna påverkar betongens arbetbarhet och hållfasthet (Billberg et al. 2017).
Ballasten benämns också olika beroende dess kornstorlek, sten (> 4 mm), fingrus (<8 mm), sand (< 4 mm), eller filler (< 0,125 mm). För att minska cementåtgången bör kornstorleken vara så stor som möjligt. Den maximala kornstorleken bör inte överstiga en fjärdedel av konstruktionens minsta tvärsnittsmått. Materialet i ballasten kallat sten brukar vara makadam eller singel. Makadam eller s.k. krossberg består utav berg som krossas ner till fraktioner, detta är det mest använda stenmaterialet idag. Singel är bergmaterial som inte blivit krossat och på så sätt ser kornformen mer rundad ut (Burström 2007).
Ballastens gradering är en av de viktigaste delarna när betongens recept ska bestämmas. Det finns olika metoder för att bestämma korngradering, den vanligaste är siktning genom en hålsikt.
Passerande, respektive kvarstannande mängder vägs och på det sättet erhålls vikt % av den totala vikten (Lagerblad, Westerholm & Gram 2011). Detta är viktigt då det vid framställningen av ballastmaterialet bör finnas varierande fraktionsstorlekar på ballastmaterialet, detta för att få en tät packning genom att små korn fyller ut de hålrummen som uppstår (Burström 2007).
Kornstorleksfördelningen visualiseras med hjälp av en siktkurva eller graderingskurva. Denna bestäms genom att väga en mängd ballast som sedan siktas genom ett antal siktar med minskade maskvidd. Genom att väga andelarna som stannar respektive passerar genom de olika siktarna erhålls viktprocent av den totala mängden ballast. I siktkurvan så anges maskvidden i logaritmisk skala på den horisontella axeln och den passerande viktmängden på den vertikala axeln. All ballasten som ska användas i betongen graderas inte samtidigt utan den delas upp i fraktioner såsom 0–8 mm och 8–32 mm detta eftersom de naturliga grusförekomsterna sällan uppfyller önskemålen på siktkurvan (Burström 2007).
För att bestämma hur finkornig en ballast är används finhetmodul vilket beräknas utifrån siktkurvan. Om en ballast består av mycket småfraktioner blir ballastens finhetsmodul lägre vilket gör att vattenmängden måste öka för att uppnå önskad arbetbarhet. Detta gör att fraktionsfördelningen har stor påverkan på hur proportionerna i receptet beräknas (Hjort 2020).
Figur 2.1 - Siktningsprocess (Källa: Burström 2007)
Graderingskurvan för sandfraktionen, alltså ballasten som är 0–8 mm måste ligga mellan Gränslinjerna A och B i figur 2.2 enligt SS–EN 206–1. För betong med hög cementhalt ska siktkurvan ligga nära gränslinjen B respektive nära A för betong med låg cementhalt.
Figur 2.2 – Gränskurvor för gradering hos ballast ≤ 8 mm (Källa: SS–EN 206–1 2016)
I ballasten finns det orenligheter som kan förekomma ett vanligt exempel är humus vilket är ett organiskt material som kommer från förmultnade växter och jordarter. Humusen kan ha en negativ effekt på cementens bindningstid och hårdnande och bör därför undvikas. En annan sak som också kan påverka betongen negativt slamhalten vilket innebär de extremt fina partiklarna som finns i samtliga ballastmaterial. Om slamhalten är för stor så blir den färska betongen svårbearbetad (Carlsson & Tuutti 1991).
2.4.1 Makadam
Den svenska berggrunden består av hårda kristallina bergarter exempelvis granit, gnejs och diabas.
Detta är bergarter som är lämpligt att använda till framställningen av krossat berg, även kallat makadam. I SGU:s statistik (2017) visas det hur mycket ballast som har levererats varje år sedan 1984. Då var naturgrus det vanligaste materialet till ballast och utgjorde ungefär 80% av den totala ballastproduktionen. Nu är förhållandet det omvända och mer än 80% utgörs av krossat berg.
Formen på krossat berg är till skillnad på den rundade formen på naturballasten mer flakig och kantig. Ballastmaterialet kan antas ha tre olika partikel intervaller, sten, sand och finmaterial. Om dessa material skulle vara flakiga skulle det behövas en ökning i mängden cement, vatten och filler.
Eftersom makadam är ett flagikt material med många kanter behövs främst vattenmängden och cementhalten öka för att bibehålla god arbetbarhet på den färska betongen (Lagerblad, Westerholm
& Gram 2011).
Figur 2.3 – Partiklar i mikrobruk (Källa: Lagerblad, Westerholm & Gram 2011)
2.4.2 Krossad betong
Återvunnen betong (krossad betong) eller s.k. RCA från engelskans Recycled Concrete Aggregate är en typ av ballast som erhålls från betong som krossas från rivningsavfall och restbetong från betongtillverkningen. RCA används I dag mestadels till andrahandskonstruktioner så som landfyllnad och bas till vägar. Detta eftersom RCA har sämre egenskaper än vanlig ballast (Pacheco- Torgal et al. 2013). Dessa lägre egenskaperna har en omedelbar effekt på den härdade betongens kvalitet. Betongen får generellt en sämre tryckhållfasthet ju mer av den naturliga ballasten som ersätts utav RCA. Vid ersättning av 100% av den naturliga ballasten kan betongen uppnå en tryckhållfasthets förlust på 10–25% (Dimitriou, Pericles & Petrou 2018). I Sverige är det idag möjligt att använda RCA som ballast i betong enligt svenska standard SS 13 70 03 under vissa förutsättningar. Användningen är begränsad med hänsyn till ballastens kvalitet och avsedd exponeringsklass.
Det finns ett flertal faktorer som gör att användningen av RCA i betong inte är vanlig idag.
Mikrostrukturen av RAC är mycket mer komplicerad än konventionell betong. RCA skiljer från naturlig ballast i sina material, mekaniska och hållbarhetsegenskaper. De viktigaste skillnaderna är uppbyggnaden då RCA innehåller ytterligare två komponenter, vidhäftande cementpasta på den ursprungliga ballasten samt gränsövergångszonen eller s.k. ITZ från engelskans interfacial transition zone som är skiktet mellan cementpastan och ballasten (Pedro, de Brito & Evangelista 2014).
Figur 2.4 – RCA i betong (Källa: Pak och Saleh 2018)
ITZ är vanligtvis den svagaste delen i betong på grund av dess högre porositet och sprickor än de i antingen härdad cementpasta eller ballast. Eftersom RAC består av två stycken ITZ, det skiktet mellan ballasten och den gamla cementpastan och ett skikt mellan RCA och den nya cementpastan.
ITZ mellan den gamla cementpastan och den naturliga ballasten har visat sig vara den allra svagaste länken i betongen. Stor del av betongens hållfasthet beror på hur stark denna övergången är mellan cementpastan och ballasten. Om brott skulle uppstå i betongen är det på grund av RCA och övergången från RCA och cementpastan (Pacheco-Torgal et al. 2013). Det har också visat sig att det istället är den ursprungliga cementpastans kvalitet som har betydelse inte mängden (Otsuki, Miyazato & Yodsudjai 2003). Utöver detta så visar det sig att ju högre styrka på den ursprungliga betongen var, ju mindre porösa va ITZ mellan RCA och den nya cementpastan. Om det finns möjlighet är det fördelaktigt att använda sig av betong med lågt vct som ballast till den nya betongen (Pacheco-Torgal et al. 2013).
RCA består av ungefär 65–70% av vanlig grov ballast och 30–35% av gammal cementpasta (Poon, Shui & Lam 2004). Den vidhäftade cementpastan ger RCA en grov yta med många porer och mikrosprickor. Detta gör att RCA får högre porositet, mycket högre vattenabsorption, lägre
densitet samt vassare kanter och oregelbunden form (Cartuxo et al. 2015). Vattenabsorptionen hos RCA ligger på ungefär 3–15% tillskillnad på naturlig ballast som vanligtvis har en vattenabsorption på under 3% beroende från varifrån den kommer. (Dimitriou et al. 2018). Vattenabsorptionen samt formen och den grövre ytan på RCA påverkar betongens arbetbarhet negativt. För att förbättra betongens arbetbarhet kan andelen vatten ökas vid blandning, detta försämrar dock tryckhållfastigheten på den hårdnade betongen. Användning av tillsatsmaterial och tillsatsmedel kan förbättra arbetbarheten. En annan metod för att förbättra betongens arbetbarhet är att blötlägga RCA i vatten innan blandning för att mätta dess porer och sedan föra bort överflödigt vatten från ballasten (Pacheco-Torgal et al. 2013).
2.4.3 Miljöpåverkan
Den naturliga ballasten är en icke-förnybar naturresurs som utvinns direkt från stenbrott.
tillverkningen, hanteringen och transport kräver också hög energiförbrukning och utsläpp.
Användningen av RCA i betong har vitsat sig ha tydliga fördelar både när det gäller mineralresurser, miljöbelastning, utarmning och avfallsproduktion (Tosic et al. 2015). Ballasten har en relativt låg andel i det totala koldioxidutsläppet från betongproduktionen. Ballasten står för cirka 15% av det totala koldioxidutsläppet från betongproduktionen vilket är relativt lågt, koldioxidutsläppet kommer främst ifrån utvinningen och bearbetningen. Men eftersom ballasten utgör ungefär tre fjärdedelar av den totala betongvolymen kan RCA användas för att minska miljöbelastningarna från betong (Estanqueiro et al. 2018).
2.5 Tillsatsmedel
Tillsatsmedel är kemiska ämnen som tillsätts vid blandningen av betongen. Tillsatsmedel används för att förbättra eller ändra betongens specifika egenskaper i både färskt och hårdnat tillstånd. De viktigaste tillsatsmedlen är flyttillsatsmedel, accelerator, retarder, vattenreducerande och luftporbildande. Användningen av dessa medel har ökat i stor omfattning de senaste årtiondena (Burström 2007).
2.5.1 Superplasticerare
Superplasticerare används idag, 2020 i stor utsträckning i betongindustrin eftersom den antingen förbättrar betongens arbetbarhet vid ett givet vct. Den kan även göra så att samma arbetbarhet erfordras och minska vatteninnehållet, detta förbättrar den hårdnade betongens hållfasthet (Papo
& Piani 2004). Superplasticerare kategoriseras som ett flyttillsatsmedel vilket innebär att vattenhalten kan reduceras med 10–30%. Den lösa konsistensen som kan fås med hjälp av tillsatsmedlet ger inga nackdelar i form av separation, hållfasthetsförlust och ökad krympning som däremot hade erhållits om vattenhalten ökats för att uppnå samma konsistens. Superplasticerare innehåller polyelektrolyter och fungerar på så sätt att de absorberar cementpartiklarna, vilket orsakar elektrostatiska eller steriska interaktioner mellan partiklarna som separerar och släpper fångat vattnat från cementflockar och detta förhindrar flockning av cementpartiklarna (Palacios &
Puertas 2005, Chandra & Björnström 2002).
I den tidigare studien av Bravo et al. från 2017 hade effektiviteten på superplasticerare hade uppmätts på betong ersatt med krossad betong som ballast, för antingen de finare fraktionerna
i två av dessa var de fina fraktionerna utbytta och i de andra två va de grövre fraktionerna utbytta mot krossad betong. Resultaten i denna studie visade varierande resultat där effektiviteten av superplasticerare ökade för en av blandningarna som var utbytta med de finare fraktionerna samt ökade för en av blandningarna som var utbytta med de grövre fraktionerna. Dessa resultat är splittrade och visade inte på någon direkt trend utav Bravo et al. menade att superplasticeraren begränsades av den ersatta krossade betongen.
2.6 Färsk betong
De långsiktiga egenskaperna så som hållfastheten och krympning är väldigt beroende på hur den färska betongen hanteras (Hjort 2020). De färska egenskaperna är endast intressant om de påverkar möjligheterna att uppnå den önskade slutprodukten. De två egenskaperna som är relevanta inför detta arbete är arbetbarhet och konsistens.
2.6.1 Arbetbarhet
Betongens arbetbarhet omfattar vanligtvis den färska betongmassans egenskaper, vilket är grundläggande för att kunna uppnå acceptabel komprimerad och homogen betong. Med detta menas hur betongmassan kan komprimeras och fylla ut formar och omsluta armeringen. Det som påverkar betongens arbetbarhet är ett flertal faktorer. Det är framförallt vattencementtalet, graderingen på ballasten, andelen finmaterial som finns i ballasten och kornform, tillsatsmedel och även tillsatsmaterial. Det finns i nuläget ingen riktig metod för att mäta arbetbarhet. Som alternativ mäts istället konsistensen på den färska betongen (Burström 2007).
2.6.2 Konsistens
Ett liknande begrepp till arbetbarhet är konsistens vilket är snarlikt men inte riktigt synonymt.
Konsistensen på den färska betongmassan går att mäta genom ett antal olika konsistensmätare.
Vanligtvis så används sättmått för att mäta betong med lös konsistens respektive vebe-tal för betong med styv konsistens. Sättmåttet mäts medhjälp av en sättkon (Burström 2007).
Figur 2.5 – Sättmått och sättkon (Källa: Burström 2007)
Sättkonen består av plåt och placeras på en plan yta. Konen fylls sedan med den färska betongen i tre lager. Varje lager blir packat med en standardiserad stålstav som är 16 mm i diameter, staven stöttes ner 25 gånger i betongmassan enligt standard. Efter att konen är packad med betong så stryks toppen av från restbetong. Direkt efter detta så lyfts sättkonen sakta upp och betongmassa sjunker ihop. Minskningen i höjd mäts från toppen av sättkonen ner till mitten av den ihopsjunkna betongmassan enligt figur 2.5. Måttet avrundas sedan till närmaste 5mm. Detta Testet kräver väldigt lite utrustning och är därför lätt att använda både i laboratorium och på byggarbetsplatsen.
Konsistensen för betongen kan variera i stor utsträckning, allt från väldigt styv till mycket flytande.
Det finns olika konsistensklasser med sättmått som gränsvärden för att dela upp betongens olika konsistenser. Tabell 2.6 är enligt SS–EN 206–1 och beskriver konsistensen i förhållande vis med sätt mått och konsistensklass. Den färska betongens konsistens påverkas mycket av enbart små ändringar i vattenhalten. Detta gör att vattenhalten är den primärt konsistensbestämmande variabeln.
Figur 2.6 - Gränsvärde för konsistens (Källa: Burström 2007)
2.7 Hårdnande av betong
Direkt när betongens delmaterial blandas ihop så påbörjas den kemiska reaktionen mellan vattnet och cementen. Dessa reaktioner gör att betongen börjar hårdna succesivt med tiden.
Hallfasthetsutvecklingen i förhållandevis med tiden beskrivs enligt figur 2.7.
Figur 2.7 - Hårdnande av betong (Källa: Burström 2007)
I figur 2.7 så beskrivs betongens hårdnande och kurvan kan delas upp i fyra skeden. Det första är
fortfarande är lätt att forma. När betongen är i skedet ung betong börjar hårdnandet och förändringar i egenskaperna ske mycket snabbt. Under detta skede är betongen känslig för uttorkning, temperaturpåverkning och även belastning. Under hållfasthets skedet påverkas betongen inte lika mycket av de yttre betingelserna. hållfastheten växer mycket men avstannar så småningom när det kommer till det sista skedet och tillslut är hårdnad betong (Burström 2007).
Vatten härdning är en metod för att försäkra sig om att betongen har tillräckligt med vatten i tidig ålder så att reaktionerna i betongen kan ske som det ska. Metoden eliminerar även krympning samt absorberar värme från hydrationen (Hjort 2020).
2.8 Hårdnad betong 2.8.1 Tryckhållfasthet
Hårdnad betong klassificeras vanligtvis efter dess tryckhållfasthet eftersom andra viktiga egenskaper exempelvis beständigheten och tätheten är starkt kopplade till tryckhållfastheten.
Betongens tryckhållfasthet ger en bra bild på hur den allmänna kvaliteten är. Tryckhållfastheten på betongen bestäms enligt standarden SS–EN 12390–3 genom provtryckning av kuber med sidan 150 mm eller cylindrar med diametern 150 mm och höjden 300 mm. Cylindrarnas hållfasthet är ungefär mellan 80 till 90% av hållfastheten på kuberna, därför anges tryckhållfastheten hos betong antingen som kubhållfasthet eller cylinderhållfasthet. För beräkning av tryckhållfastheten används uttrycket:
𝑓! = 𝐹 𝐴! där
fc är tryckhållfastheten, i [MPa]
F är den maximala den maximala lasten vid brott, i [N]
Ac är den tvärsnittsareahos provkroppen som tryckkraften verkar på, i [mm2]
Normalt anges betongens tryckhållfasthet efter 28 dygn, den utsätts då för tryck till dess brott uppstår. Vattencementtalet är den viktigaste faktorn som påverkar betongens tryckhållfasthet, ett högt vct ger en lägre hållfasthet respektive ett lågt vct get högre hållfasthet som kan ses i figur 2.8 (Burström 2007, Carlsson & Tuutti 1991).
Figur 2.8 - Samband mellan tryckhållfasthet och vct (Källa: Burström 2007)
3 Metod
3.1 Allmänt
Datainsamlingen i arbetet har genomförts med hjälp av laboratorieundersökningar i betonglabbet på Högskolan i Halmstad. Undersökningarna utfördes på 4 blandningar där två innehöll krossad betong som ballast och de andra innehöll makadam. I en blandning av varje ballasttyp kommer superplasticerare användas. Fraktionsfördelningen på de olika ballasttyperna kommer jämföras. På samtliga blandningar kommer även konsistensen och tryckhållfastheten testas. De material som användes till blandningarna är cement, vatten, superplasticerare och ballast i form av krossad betong, makadam och sand.
3.2 Cement
Detta arbetet använder sig av byggcement som uppfyller kraven för CEM II/A–LL 42,5 R enligt SS–EN 197–1. CEM II innehåller klakstensfiller utöver portlandklinkern vilket gör att den har lägre miljöpåverkan.
3.3 Ballast
Ballasten som användes var krossad betong i två av betongblandningarna och makadam samt sand i den andra. Betongblandningarna utformades på så sätt att de skulle efterlikna varandra så mycket som möjligt. Vilket minskar andra faktorer utöver superplasticeraren som påverkar resultatet.
Makadam valdes i detta experiment eftersom både krossad betong och makadam har en likande form. Singel är mer oval i formen vilket inte påverkar arbetbarheten lika negativt.
För att recepten skulle efterlikna varandra så mycket som möjligt skulle makadamen och sanden delas upp i fraktionsstorlekar för att sedan kunna framställas till en konstgjord ballast med samma fraktionsfördelning som den krossade betongen. Detta gjorde så att de olika ballasterna fick samma siktkurva vilket påverkade receptet lika för alla blandningar.
3.4 Val av betongegenskaper
Den färska betongen skulle ha konsistensen P som står för plastic. Denna konsistens används till bland annat golv, med vibrationer den används till sammansättningar vid glidformsgjutning, stödväggar, pelare för broar samt dammar. Appliceringen av denna konsistens är ganska bred för byggkonstruktioner och valdes därför. Konsistens ska ha ett sättmått på 10-40mm.
Tryckhållfastheten som valdes på den härdade betongen var C30/37 vilket betyder en kubhållfasthet på 37 MPa. Denna klass är vanlig vid tester och har använts mycket inom forskningen av krossad betong som ballast. Utefter hållfasthetsklassen väljs vct vilket för C30/37 är 0,66 och ligger i mittendelen av tabell 4.1 vilket gör att vct varken är jättehögt eller lågt.
3.5 Provkroppar
Det provtryckta provkropparna tillverkades i formar med innermåtten 150x150x150 mm i form av en kub. Tryckhållfasthet på hårdnad betong bestäms enligt SS 13 72 07 och dessa formar valdes för att efterlikna denna standard. Enligt denna standard bestäms kubhållfastheten för en provkropp enligt SS–EN 12390–3 med innermåttet 150 mm. Enligt SS 13 72 07 så provtrycks provkropparna efter 28 dygn. Detta eftersom hållfasthetstillväxten börjar avta efter ungefär 28 dygn. Detta betyder
att betongen i stort sätt har ett funktionssätt som är färdigutvecklat även som de mekaniska egenskaperna inte helt och hållet har utvecklats klart.
3.6 Datainsamling
Det gjordes en datainsamling på fraktionsfördelningen för ballasttyperna som användes. Detta för att jämföra den krossade betongen med de material som vanligtvis används som ballast idag. De fina fraktionerna av den krossade betongen jämfördes med sanden och de grövre fraktionerna av den krossade betongen jämfördes med makadamen. Utöver detta kommer även ske datainsamling genom två tester ett på den färska betongens konsistens och det andra på den hårdnade betongens tryckhållfasthet.
3.6.1 Konsistenstest
Mätning av konsistensen på den färska betongen skedde genom test av sättmåttet, vilket gjordes med hjälp av en sättkon. Detta testet har valts eftersom det var på detta vis sättmåttet testades enligt Concrete Technology and Concrete Construction. Denna metod kräver dessutom väldigt lite utrustning och kan utföras både i fabrik och på byggarbetsplatsen.
3.6.2 Tryckhållfasthetstest
Tryckhållfastheten på den hårdnade betongen mättes genom provtryckning tills brott uppstod i from av sprickbildning. Även detta test gjordes enligt Concrete Technology and Concrete Construction.
4 Genomförande
4.1 Delmaterial Cement
Cementen som användes i denna experimentella studie är byggcement från Cementa. Cementen är en Portlandkalkstenscement och uppfyller kraven som ställs på typen CEM II/A–LL 42,5 R enligt SS–EN 197–1.
Vatten
Till samtliga blandningar användes rums tempererat dricksvatten med en temperatur på cirka 20°C.
Sand
Sanden som användes var från betonglaboratoriet på Högskolan i Halmstad, sanden hade kornstorlek 0-8mm.
Makadam
Makadamen som användes kom från Skanska i storlekarna 8/11 och 11/16.
Krossad betong
Den krossade betongen var från Falkenberg Bygg- & Industrisortering AB och kom från deras deponi. Den krossade betongen som erhölls var färdigkrossad och innehöll blandade fraktionsstorlekar upp till 64mm.
Tillsatsmedel
Chryso Optima 248 är en superplasticerare som är framtagen för att passa den svenska industrin för fabriksbetong. Den ger en hög vattenreduktion och en förlängd uppehållande tid.
4.2 Siktning
För siktning av både den krossade betongen och makadamen så användes en siktapparat.
Siktapparaten som användes var av märket PASCALL ENGINEERING och typen N10600-51.
Apparaten bestod av olika lager med siktar där maskvidden varierade. Hålsiktarna som användes hade följande maskstorlekar: 16 mm, 8 mm, 4 mm, 2 mm, 1 mm, 0,5 mm, 0,25 mm, 0,125 mm och
<0,125 mm.
Figur 4.1 – Siktapparat (Källa: egen bild)
Den krossade betongen erhölls i blandad form, där det fanns allt från mindre till grövre fraktionsstorlekar. Den krossade betongen var fuktig vilket hade varit problematiskt vid siktning, således fick den krossade betongen torka ut innan siktningen. Betongen siktades först med hjälp av en grov sikt för att dela in betongen i grovballast (4–16 mm) och finballast (0–4 mm), de fraktioner större än 16 mm avlägsnades. Provmängderna från de olika ballaststorlekarna vägdes upp på en våg för att sedan hällas i den översta hålsikten. Siktapparaten startades och fick jobba i 3 minuter. När ballasten hade siktats klart stängdes siktapparaten av och mängden ballast i diverse hålsiktar vägdes upp. Samma metod repeterades för den krossade betongens finballast. Resultatet antecknades i diagram, ett för grovballasten samt ett för finballasten. Från dessa diagram kunde sedan två siktkurva framställas, för de olika storlekarna på den krossade betongen.
För att samtliga blandningar skulle få samma förutsättningar så skulle faktorerna som påverkar betongblandningarna vara så lika för samtliga blandningar, förutom superplasticeraren. Eftersom det är två olika ballasttyper kommer de få olika siktkurvor, vilket hade påverkat de olika betongblandningarna annorlunda. För att undvika detta så siktades all makadamen som skulle användas i olika omgångar. Detta gjorde att makadamen kunde delas upp den i olika fraktionsstorlekar. På så sätt kunde olika andelar av fraktionsstorlekarna tillsättas för att få en ballast
första steg då siktkurvorna krävs för att kunna beräkna receptet på betongblandningarna och eftersom de olika ballasttyperna har identiska siktkurvor kommer båda recepteten beräknas på samma sätt. Den framställda fraktionsfördelningen av grovballasten för att efterlikna varandra visas i figur 4.2
Figur 4.2 – Uppmätt fraktionsfördelning för grovballasten (Källa: egen bild)
4.3 Beräkning av recept
Beteckningen på betongen låg som grund för receptet. Den önskade betongen gjordes av cementtypen, CEM II, konsistensen var plastic, P och tryckhållfasthetsklassen var C30/37.
Ballasten som användes är makadam och sand samt krossad betong.
Det gjordes total 4 olika blandningar:
• Blandning 1, B1 bestående av makadam som ballast
• Blandning 2, B2 bestående av makadam som ballast samt superplasticerare
• Blandning 3, B3 bestående av krossad betong som ballast
• Blandning 4, B4 bestående av krossad betong som ballast samt superplasticerare
Recepten till blandningarna blev identiska eftersom siktkurvorna var likadana dock togs en andel vatten bort vid ersättning av superplasticerare för B2 och B4. Recepten för samtliga blandning beräknades för 20 liter betong. För att betongen skulle få rätt egenskaper krävdes korrekta proportioner mellan alla betongens delmaterial. Beräkningsmetoden och stegen som följdes för beräkning av recept grundar sig från betongbestämmelserna BBK 94 och är även baserat på erfarenhet från laborationstester. Beräkningarna gjordes i 5 steg enligt följande:
Steg 1 var att bestämma vattencementtalet vilket gjordes utifrån vilken hållfasthetsklass som var önskad, detta gjordes enligt tabell 4.1. Eftersom båda ballasttyperna som användes bestod av krossat material så ökades sedan vct med 3%.
Tabell 4.1. Relation mellan tryckhållfasthet och vct (Källa: Hjort 2020)
Steg 2 var att bestämma konsistensen detta gjordes enligt tabell 4.2 som beskriver konsistensen och dess användningsområde.
Tabell 4.2. Användningsområde konsistenser (Källa: Hjort 2020)
Field of application Consistency grade
Products manufactured in a precast element J, SS industry - intensive compaction Pavement concrete for roads, airfields etc SS, S
Floor, with vibration S, P
Structures produced with slip-forms P Retaining walls, columns for bridges, dams P, T Slabs, horizontal parts of bridges P, T
Vacuum-treated floors T
Walls and columns in housing construction T, L
Steg 3 var val av ballastgradering och detta är en mycket viktig del i bestämmandet av betongens proportioner. Detta steg kan delas in i ytterligare 3 delar.
Enligt svensk praxis bör finballastens siktkurva ligga mellan gränskurvorna A och B i figur 2.2.
Detta gjorde både finballasten från den krossade betongen som användes i blandningarna B1 och B2 samt sanden som användes i B3 och B4. Andra delen var valet av den maximala stenstorleken vilket i alla blandningarna sattes till 16mm. Sista delen i detta steget var att bestämma stenhalten dvs. hur stor andel grovballast och finballast som skulle användas i blandningarna. Detta gjordes utifrån den maximala stenstorleken enligt tabell 4.3. Eftersom det användes krossad ballast skulle även stenhalten reduceras med 3 procentenheter. Sedan kunde en kombinerad siktkurva skapas med hjälp av siktkurvorna från fin- och grovballasten samt andelarna som skulle användas i blandningarna.
Tabell 4.3. Relation mellan maximal stenstorlek och stenhalt. (Källa: Hjort, 2020)
dmax 16 20 22,6 25 30 32 35 40 45 50 54 60 64 70
(mm)
share 46 51 52 53 56 57 58 59 61 62 63 64 65 66
(%)
Steg 4 bestämde vatten- och cementhalten. Först bestämdes finhetsmodulen för den kombinerade siktkurvan. Sedan bestämdes vattenmängden utifrån finhetsmodulen och den valda konsistensen enligt tabell 4.4.
Mean
Strength 19 21 25 28 31 35 37 42 47 48 52 57 62 67
Mpa
vct 1,1 1,05 0,91 0,83 0,77 0,69 0,66 0,59 0,53 0,53 0,49 0,44 0,4 0,38
Tabell 4.4. Relation mellan konsistens, finhetsmodulen och vattenmängd (Källa: Hjort, 2020)
Fineness Water content (l/m3) for different consistency grades
modulus L T P S
3,5 210
4,0 211 203 191
4,5 203 192 184 173
5,0 190 180 172 162
5,5 180 170 164 154
6,0 171 163 156 146
6,5 165 156 150 140
Vattenmängden behövde ökas eftersom formen på ballasten var oval vilket betydde en ökning med 7%. Efter detta så bestämdes cementmängden genom att dividera vattenmängden med vattencementtalet. Om den resulterade cementmängden översteg 300kg/m3 skulle vattenmängden ökas, vilket den behövde göras. Cementmängden översteg med 14,7kg/m3 vilket gav en ökning i vattenmängd med 0,44%.
Steg 5 var det slutgiltiga steget där proportionerna av samtliga delmaterial bestämdes. Detta gjordes enligt figur 4.3 vilket gav en blandning på 1000 liter, andelarna gjordes om så till ett recept för 20 liter. Detta blev basreceptet för samtliga blandningar innan blandningarna B2 och B4 behövdes korrigeras på grund av superplasticerare. Vid användning av superplasticeraren Chryso Optima 248 kunde vattenmängden reduceras med 20–30% och en dosering på 0,3–3% av cementvikten.
Figur 4.3 - Bestämning av proportioner för 1000 liter (Källa: Hjort 2020)
4.4 Blandning
Efter att receptet hade bestämts mättes delmaterialen till samtliga blandningar upp.
Proportioneringen gjordes enligt det beräknade receptet dock för blöttes den ballasten som bestod av den krossade betongen för att mätta dess porer. Det överflödiga vattnet avlägsnades sedan från ballasten. Detta var inte enligt receptet men denna metod användes eftersom den krossade betongen kan kräva större mängd vatten för att uppnå likvärdig arbetbarhet som naturligballast.
Delmaterialen för den blandningen som skulle blandas mättes upp på en våg. Materialen blandades i en tombola av märket RST och typen D 48 LM-24B. Samtliga blandningar blandades i tombolan i 10 minuter innan betongen var klar. Materialen tillsattes lite annorlunda beroende om blandningarna innehöll superplasticerare.
För blandningarna B1 och B3:
1. Vatten 2. Cement 3. Finballast 4. Grovballast
För blandningarna B2 och B4:
1. Trefjärdedelar av vattnet 2. Cement
3. Finballast 4. Grovballast
5. Superplasticerare tillsammans med resterande mängd vatten
Figur 4.4 - Tombola och delmaterial (Källa: egen bild)
4.5 Arbetbarhet och konsistens
Eftersom det saknas en metod för att mäta arbetbarhet uppskattas den endast och istället mättes konsistensen. Betongens konsistens bestämdes med hjälp av en sättkon enligt standard SS–EN
standardiserad stålstav som var 16 mm i diameter, staven släpptes ner 25 gånger i den färska betongen. Efter att konen var packad med betong så ströks toppen av från överflödig betong.
Direkt efter detta så lyftes sättkonen sakta upp och betongmassa sjunk ihop. Minskningen i höjd mättes från toppen av sättkonen ner till mitten av den ihopsjunkna betongmassan enligt figur 2.5.
Måttet avrundas sedan till närmaste 5 mm. Detta gjordes i tre omgångar för varje blandning för att skapa fler mätresultat. Resultaten antecknades efteråt och medelvärdet för sättmåttet beräknades för samtliga blandningar.
4.6 Gjutning
Den färskabetongen från alla blandningar fylldes i kubformar av stål med innerkantmåttet 150 mm, se figur 4.5. Stålformarna inoljades innan de blev fyllda för att den hårdnade betongen lätt skulle kunna avlägsnas från formarna. Dessa formar valdes specifikt för att likna standarden SS 13 72 07 inför tryckhållfasthetstestet som redogör att kubtryckhållfastheten bestäms på kub med måttet 150 mm. Standarden går dock inte helt att tillämpa då den gäller för normal bergartsballast. Efter formarna var fyllda placerades de på ett vibratorbord i ungefär 3 sekunder. Varje blandning fylldes i fyra olika formar vilket resulterar i totalt 16 betongkuber.
Figur 4.5 – Stålform och provkropp (Källa: egen bild)
Betongen i stålformarna förvarades 24 timmar i luft, därefter avlägsnades formarna och alla betongkuberna placerades under vatten enligt figur 4.6. vattentemperaturen var ungefär 20°C.
Betongserierna vattenhärdades genom att lagras under vatten i 28 dygn innan det ska torkas och provtryckas. Vattenhärdningsbehållaren var från Capco Test Equipment Ltd.
Figur 4.6 – Vattenhärdningsbehållare (Källa: egen bild)
4.7 Tryckhållfasthet
Vid provtryckningen av provkropparna användes en provtryckmaskin av märket FORM+TEST PRÜFSYSTEME typ 105 E 2000. Innan provtryckningen bestämdes längden och bredden på den sidan som skulle provtryckas med hjälp av ett skjutmått, detta gjordes för att säkerställa de exakta måtten även om stålformarna hade ett mått på 150mm. Måtten som mättes upp bestämde tvärsnittsarean för respektive provkropp och användes för att beräkna trycket som provkropparna utsattes för. Betongkuberna placerades en och en centrerat på provtrycksmaskinens platta, sedan utsätts de för vertikalt tryck tills brott uppstod i form av betydande sprickor på betongen, se figur 4.7.
Figur 4.7 - Brott i provkropp (Källa: egen bild)
5 Resultat och diskussion
5.1 Siktning
Siktkurvorna visade lovande resultat när det gäller faktionsfördelningen på den krossade betongen i jämförelse med sand och makadam. Siktkurvan för den krossade betongen visade god fraktionsfördelning eftersom den hamnade inom gränslinjerna A och B i figur 5.1 vilket är inom ramen för svensk standard. Detta visar på att denna krossade betongen kan användas utan att det behöver ske någon korrigering. Vid jämförelse av dessa siktresultat i figur 5.1 och 5.2 så skiljer sig sanden och den fina delen av den krossade betongen åt en del även om båda är tillräckligt bra för användning. Den krossade betongen hade en större andel finare material, andelen som är 0,25 mm och mindre är 44,16% vilket är en stor skillnad mot sanden som endast hade 7,77%. Andelen filler (<0,125 mm) som den krossade betongen hade är 15,92% vilket är mycket högre än andelen i den naturliga sandballasten som ligger på 0,26%. Sanden har nästan hälften (43,16%) av sin andel i intervallet 0,25–0,5 mm jämfört med den krossade betongen som har mer uppdelad fraktionsfördelning. Finhetsmodulen på de olika finballasttyperna innan de redigerades är 3,01 för sanden respektive 2,59 för den krossade betongen. Detta hade gjort att sanden hade krävt mer vatten för att uppnå konsistensen. För att bibehålla samma vattencementtal hade även cementmängden behövts ökas något som hade haft negativ påverka på miljön. Skillnaden som ballasttyperna utgör i både uppbyggnad och fördelning medför att den mekaniska styrkan minskar och krympningar ökar detta kan vara en av anledningarna att färre studier har använts sig av fin krossad betong som ballast (Cartuxo et al. 2015).
FINE RCA Stannar Passerar Stannar Sikt med fri
maskvidd (mm) [g] [%] Σ% Σ%
64 - - 100,00 0,00
32 0 0 100,00 0,00
16 0 0 100,00 0,00
8 0 0 100,00 0,00
4 225,6 11,32 88,68 11,32
2 333,2 16,72 71,96 28,04
1 259,2 13,01 58,95 41,05
0,5 294,8 14,79 44,16 55,84
0,25 409,8 20,56 23,59 76,41
0,125 321,4 16,13 7,47 92,53
<0,125 148,8 7,47 0,00 100,00
Summa 1992,8 100
Finhetsmodulen M= 2,59
Figur 5.1 – Fraktionsfördelning och siktkurva för fine RCA 100
2030 4050 6070 80 10090
<0,125
0,125 0,25 0,5 1 2 4 8
Passerande mängd, viktprocent
Sikt, fri maskvidd i mm
Fine RCA
Fine RCA A B
SAND Stannar Passerar Stannar Sikt med fri
maskvidd (mm) [g] [%] Σ% Σ%
64 - - 100,00 0,00
32 0 0 100,00 0,00
16 0 0,00 100,00 0,00
8 4 0,19 99,81 0,19
4 143,6 6,77 93,04 6,96
2 368 17,35 75,69 24,31
1 352,4 16,61 59,08 40,92
0,5 915,6 43,16 15,92 84,08
0,25 229,8 10,83 5,08 94,92
0,125 102,2 4,82 0,26 99,74
<0,125 5,6 0,26 0,00 100,00
Summa 2121,2 100
Finhetmodulen M= 3,01
Figur 5.2 – Fraktionsfördelning och siktkurva för sand innan modifiering
Resultaten på de grova ballasttyperna i tabell 5.1 skiljde sig inte lika mycket som finballasten.
Finhetsmodulen för den krossade betongen var 5,64 och 5,79 för makadamen.
Fraktionsuppdelningen skiljde sig då den krossade betongen hade stor andel (78,68%) i intervallet 4–8 mm. Inom detta intervall låg även makadamens största andel dock inte lika stor (65,9%).
Makadamen hade desto större andel i intervallen 8–16 mm. För fraktionsstorlekar under 4 mm hade båda ballasttyperna en låg andel vilket de skulle ha då fraktionsstorlekar under 4 mm räknas till finballasten. Att makadamen hade en andel under 4 mm kan bero på att det har med kommit lite mindre fraktionsdelar då storlekarna som beställdes var 8/11 samt 11/16, detta hade inte någon stor påverkan då andelen endast är 2,38%. Den krossade betongen grovsiktades för att dela upp fraktionsstorlekar över och under 4 mm. Trots detta hade den grova krossade betongen en andel på 3,58% under 4 mm. Detta kan bero på att delar av den härdade cementpastan kan ha lösgjorts från fraktionerna på grund av vibrationerna som siktmaskinen skapar för att storleksfördela faktionerna. Detta gör att den krossade betong som används i blandningarna inte representeras rätt i siktkurvan vilket möjligen kan ha påverkat resultatet i senare tester. Den framställda fraktionsfördelningen för makadamen gjorde att den kombinerade siktkurvan för båda ballasttyperna blev identiska. Båda ballasttyperna fick finhetsmodulen 4,08 med stenhalten 43%.
Det var denna siktkurvan som användes för både makadamen och den krossade betongen vid framställning av receptet.
100 2030 4050 6070 8090 100
<0,125
0,125 0,25 0,5 1 2 4 8
Passerande mängd, viktprocent
Sikt, fri maskvidd i mm
Sand
Sand A B
Tabell 5.1. Fraktionsfördelning för coarse RCA och macadam COARSE RCA Stannar Passerar Stannar
Sikt med fri maskvidd (mm)
[g] [%] Σ% Σ%
64 - - 100,00 0,00
32 0 0 100,00 0,00
16 0 0,00 100,00 0,00
8 446,7 17,74 82,26 17,74
4 1981,6 78,68 3,58 96,42
2 90,2 3,58 0,00 100,00
1 0 0,00 0,00 100,00
0,5 0 0,00 0,00 100,00
0,25 0 0,00 0,00 100,00
0,125 0 0,00 0,00 100,00
<0,125 0 0,00 0,00 100,00
Summa 2518,5 100
Finhetsmodulen M= 5,64
Tabell 5.2. Fraktionsfördelning för kombinerad ballast vid 43% stenhalt Combined Stannar Passerar Stannar Sikt med fri
maskvidd (mm) [g] [%] Σ% Σ%
64 - - 100,00 0,00
32 0 0 100,00 0,00
16 0 0 100,00 0,00
8 192,08 8,66 91,34 8,66
4 980,68 44,20 47,15 52,85
2 228,71 10,31 36,84 63,16
1 147,74 6,66 30,18 69,82
0,5 168,04 7,57 22,61 77,39
0,25 233,59 10,53 12,08 87,92
0,125 183,20 8,26 3,82 96,18
<0,125 84,82 3,82 0,00 100,00
Summa 2218,9 100
Finhetsmodulen M= 4,08
MACADAM Stannar Passerar Stannar Sikt med fri
maskvidd (mm)
[g] [%] Σ% Σ%
64 - - 100,00 0,00
32 0 0 100,00 0,00
16 0 0,00 100,00 0,00
8 811,2 31,71 68,29 31,71
4 1685,8 65,90 2,38 97,62
2 61 2,38 0,00 100,00
1 0 0,00 0,00 100,00
0,5 0 0,00 0,00 100,00
0,25 0 0,00 0,00 100,00
0,125 0 0,00 0,00 100,00
<0,125 0 0,00 0,00 100,00
Summa 2558 100
Finhetsmodulen M= 5,79
Figur 5.3 – Siktkurva för kombinerad ballast med 43% stenhalt
5.2 Recept
Metoden som receptet beräknades på gick ut på att genom betongens önskade beteckning bestämma proportionerna mellan delmaterialen. Korrigeringen i receptet på grund av superplasticeraren Optima 248 gavs av Anders Svensson på Chryso. På grund av den framställda fraktionsfördelningen på makadamen och sanden fick båda ballasttyperna samma siktkurva vilket i sin tur gjorde att recepten blev identiska ända skillnaden va ballasttypen som användes. De resulterande recepten blev följande:
Tabell 5.3. Recept B1-B4 för 20 liter
B1 Vikt [kg] B3 Vikt [kg]
Cement 6,3 Cement 6,3
Vatten 4,3 Vatten 4,3
Sand 20,6 Fine RCA 20,6
Makadam 15,6 Coarse RCA 15,6
B2 Vikt [kg] B4 Vikt [kg]
Cement 6,3 Cement 6,3
Vatten 3,2 Vatten 3,2
Sand 21,2 Fine RCA 21,2
Makadam 16,1 Coarse RCA 16,1
SP 0,063* SP 0,063*
*1% av cementvikten 3,82
12,08 22,61
30,18
36,84
47,15 91,34
100,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00
<0,125 0,125 0,25 0,5 1 2 4 8 16
Passerande mängd, viktprocent
Sikt, fri maskvidd i mm
