Téma 2 : Kamenivo Modernizace výuky na Fakultě stavební VUT v Brně v rámci bakalářských a magisterských studijních programů

Transkript

1 Téma 2 : Kamenivo Modernizace výuky na Fakultě stavební VUT v Brně v rámci bakalářských a magisterských studijních programů 1

2 Rozdělení kameniva Kamenivo je jedním ze základních silničních stavebních materiálů. Rozdělení kameniva je možné provádět podle různých hledisek: Podle objemové hmotnosti se kamenivo dělí na Hutné kamenivo - anorganického původu s objemovou hm kg.m -3 Pórovité < 2000 kg.m -3 Podle původu Přírodní - kamenivo anorganického původu těžené z přírodních ložisek nebo drcené z přírodního kamene Umělé - druhotná surovina např. při hutní výrobě (struska) nebo kamenivo uměle vyráběné (keramzit) Recyklované - kamenivo které již bylo dříve zabudováno v konstrukci Podle vzniku Těžené, které vzniklo rozpadem horniny, má zrna zaoblená přirozeným způsobem při transportu ve vodním toku Těžené předrcené Drcené - získává se drcením kusového lomového kamene Podle velikosti zrn na Jemné částice, t.j. část kameniva, která propadne sítem 0,063 mm Drobné kamenivo, t.j. kamenivo velikosti zrn 0,063 2 mm Hrubé kamenivo, t.j. kamenivo o velikosti zrn 2-45 mm Směs kameniva, t.j. kamenivo drobné i hrubé Filer kamenivo, jehož většina propadne sítem 0,063 Přídavný filer filer minerálního původu vyrobený samostatně (Vratný filer filer, který se po odsátí v sušicím bubnu na obalovně vrací zpět) Štěrkopísek, t.j. směs těženého přírodního kameniva drobného i hrubého omezená horním sítem (např. 0-32) Štěrkodrť - směs drceného přírodního kameniva drobného i hrubého, omezená horním sítem (např. 0-45) Výsivka odpad z výroby drceného kameniva bez zaručení jakosti a velikosti zrn

3 Výroba kameniva Těžené kamenivo se získává přímým těžením, drcené drcením kusového kamene. Kusové kamenivo se dále zpracovává drtiči, které podle principu drcení dělíme na : čelisťové (Obr. 2.1) pro hrubé a střední drcení spíše tvrdšího kamene výchozí materiál do cca mm, konečná velikost cca. 300 m Obr. 2.1: Čelisťový drtič 3

4 odrazové pro jemnější drcení, výchozí materiál max mm konečný cca 25 mm Obr. 2.2: Odrazový drtič kuželové skládá se z pevného kuželového pláště s výstředně rotujícím kuželem Jemnozrnné kamenivo se získává po primárním a sekundárním drcení, t.j. po průchodu dvěma drtiči (Obr. 2.4). Kamenivo se dále třídí - jednotlivá zrna jsou od sebe oddělována podle velikosti. Kamenivo se někdy také pere - nákladné, smyslem praní je odstranění jílovitých příměsí, hlíny, ulpělých drobných částic a nečistot, které způsobují např. zhoršenou přilnavost asfaltu ke kamenivu.

5 Obr 2.3: Praní kameniva Směs zrn v rozmezí dvou sít se nazývá frakce, z nichž síto s většími otvory zrna propouští a síto s menšími otvory je zadržuje. Frakci kameniva označujeme dvěma čísly - např Široká frakce - frakce kameniva v rozmezí dvou kontrolních sít se čtvercovými oky, kdy horní síto má velikost oka přesahující více jak dvojnásobně velikost oka spodního síta (např. 4-11) Úzká frakce poměr ok sít max. 1 : 2 (např. 4-8) Nadsítné - souhrn všech zrn zadržených horním sítem frakce vyjádřený v % k navážce Podsítné - dtto propadlých dolním sítem frakce Obr. 2.4: Schéma třídění 5

6 Ke stanovení frakcí a zrnitosti tříděného kameniva se používá sít se čtvercovými oky řada 0,063; 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 4; 8; 11; 16; 22; 32; 45; Evropské normy pro kamenivo ČSN EN Kamenivo do betonu ČSN EN Pórovité kamenivo část 2: Pórovité kamenivo pro asfaltové směsi a povrchové vrstvy a pro stmelené a nestmelené aplikace ČSN EN Kamenivo pro asfaltové směsi a povrchové vrstvy pozemních komunikací, letištních a jiných dopravních ploch ČSN EN Kamenivo pro nestmelené směsi a směsi stmelené hydraulickými pojivy pro inženýrské stavby a pozemní komunikace ČSN EN Kamenivo pro kolejové lože Zkoušení kameniva Počáteční zkoušky typu (ITT = Initial Type Testing) Výrobce musí zajistit provedení počáteční zkoušky typu (ITT) pro předpokládaný účel použití kameniva s cílem ověření shody se stanovenými požadavky. Toto ustanovení se týká následujících případů: - výrobce začal vyrábět kamenivo podle ČSN EN - při použití kameniva z nového zdroje, tzn. v případě, že výrobce otvírá nové ložisko suroviny - došlo k výrazné změně v povaze suroviny (na stávajícím ložisku se např. vyskytne jiná hornina, jiný horninový typ) - došlo ke změnám ve výrobních podmínkách, které mohou ovlivnit vlastnosti kameniva např. výměna drtičů, přidání dalšího stupně technologické úpravy, odsávání, praní atd. Počátečními zkouškami typu se ověřuje zjišťuje : petrografický rozbor chemické složení s ohledem na škodlivé látky, měrná a objemová hmotnost, sypná, hutnost, pórovitost, zrnitost, nasákavost, odolnost proti zmrazování a rozmrazování, přilnavost kameniva k asfaltu, součinitel ohladitelnosti.

7 Kontrolní zkoušky V průběhu výroby kameniva se provádějí kontrolní zkoušky, kterými se průběžně ověřují vlastnosti požadované normami. Základní četnost kontrolních výrobních zkoušek je uvedena ve výše citovaných ČSN EN Např. : - zrnitost 1x týdně - tvarový index 1x měsíčně Součástí dodávky kameniva jsou i průvodní doklady, které obsahují prohlášení o shodě, které je součástí certifikátu CE (deklarace, že dodávané kamenivo splňuje příslušné evropské normy a že byly dodrženy požadavky na systém jakosti u dané výrobny kameniva). Na obalovně si pak objednatel provádí vstupní kontrolní zkoušky. Zkoušení - definice dávka - množství vyrobeného nebo dodaného materiálu v jednom dopravním prostředku nebo skládka materiálu, který byl vyroben najednou za stejných a stálých podmínek (předpokládá se, že je homogenní) dílčí vzorek množství materiálu odebraného z dávky při jedné operaci zařízením na odběr vzorku souhrnný vzorek vzorek získaný z dílčích vzorků reprezentativní vzorek souhrnný vzorek získaný z dílčích vzorků podle plánu odběru vzorků, jehož jakost reprezentuje jakost dávky redukovaný vzorek souhrnný vzorek získaný při postupu zmenšování vzorku laboratorní vzorek zmenšený vzorek pro laboratorní zkoušení získaný ze souhrnného vzorku vzorkař pracovník, skupina pracovníků nebo organizace, které mají zkušenosti s odběrem vzorků Požadavky při provádění zkoušek Předepsaný počet souběžných stanovení (většinou 2) Způsob vyhodnocování výsledků Předepsané zkušební prostředí laboratorní teplota vzduchu (20 o C), vlhkost Přesnost vážení Evidence, manipulace, velikost vzorků 7

8 Zkoušky kameniva Zkoušení geometrických vlastností kameniva Stanovení zrnitosti kameniva (sítový rozbor ČSN EN 933-1) Zkouška zahrnuje mechanické roztřídění zrn podle velikosti a stanovení % propadu zrn na jednotlivých sítech (stanovení čáry zrnitosti). Z čáry zrnitosti se odvodí nadsítné, podsítné a obsah jemných částic (částic < 0,063 mm) Tvarový index (ČSN EN 933-3) Stanovuje se podíl zrn s tvarovým indexem větší jak 3. Obr. 2.5: Posuvné měřítko pro zjištění tvarového indexu Stanovení podílu drcených zrn v hrubém kamenivu (ČSN EN 933-5) Stanovuje se podíl drcených zrn ve vzorku hrubého těženého kameniva. Provádí se ruční třídění a vizuální hodnocení lomových ploch zrn. Výsledkem je procentuální zastoupení drcených, ostrohranných, zaoblených a oblých zrn. Posouzení jemných částic ekvivalent písku (ČSN EN 933-8) Stanovuje se podíl jílovitých částic ve frakci kameniva 0-2 a 0-4 sedimentací rozplaveného roztoku v normovém válci. Jílovité částice mohou bobtnat a taktéž negativně ovlivňují např. přilnavost asfaltu ke kamenivu. Odměrný válec se naplní rozplavovacím roztokem po spodní rysku. Do válce se nasype navážka frakce kameniva 0-2 nebo 0-4. Po 10 minutách nasáknutí se válec zazátkuje a umístí do zařízení, které protřepává roztokem s kamenivem, čímž dochází k uvolnění jemných částic. Následně se nechá vzorek kameniva ve válci sedimentovat po dobu 20 minut. Ve válci dojde k oddělení jemných částic, které sedimentují nahoře a zbytku vzorku. Posuzuje se poměr výšky spodní hrubší části vzorku k celkové výšce vzorku ve válci. Tento poměr vyjádřený v % se označuje jako ekvivalent písku (pro asfaltové směsi byla doposud požadována hodnota min. 70 %).

9 Zkoušení mechanických a fyzikálních vlastností kameniva Stanovení odolnosti proti drcení (ČSN EN ) Provádí se v otlukovém bubnu, někdy je nazývána též jako zkouška Los Angeles. Úzká frakce vysušeného kameniva zbavená nadsítného a podsítného se dá do otlukového bubnu s ocelovými koulemi a předepsaným počtem otáček bubnu probíhá otluk zrn. Následně se provádí prosátí na kontrolním sítě 1,6 mm. Propad sítem 1,6 mm se vztáhne k původní navážce a vyjádří v %. Obr. 2.6: Otlukový buben Los Angeles 9

10 Stanovení sypné objemové hmotnosti a mezerovitosti kameniva (ČSN EN ) Vysušené kamenivo se volně sype do odměrné nádoby známých rozměrů. Povrch se urovná s horním okrajem nádoby a obsah se zváží. Vypočítá se sypná objemová hmotnost. Stanovení objemové hmotnosti a nasákavost kameniva (ČSN EN ) Nasákavost kameniva je množství vody, které pojme vysušené kamenivo při úplném ponoření do vody za dobu 24 hodin. Udává se v % hmotnosti vysušeného kameniva. Z hodnoty nasákavosti můžeme zhruba usuzovat na mrazuvzdornost kameniva. Stanovení hodnoty ohladitelnosti kameniva (ČSN EN ) Poskytuje relativní měřítko pro ztrátu protismykových vlastností povrchu vozovky, způsobenou ohlazováním mikrotextury kameniva, t.j. jemných nepravidelností na povrchu zrn kameniva pneumatikami silničních vozidel. Obr. 2.7: Schéma ohlazovacího zařízení

11 Obr. 2.8: Kyvadlo pro zkoušení ohalzeného kameniva Zkoušení odolnosti kameniva vůči teplotě a zvětrávání Stanovení odolnosti proti zmrazování a rozmrazování (ČSN EN ) Zkušební navážka úzké frakce kameniva se po nasáknutí vodou vystaví 10 cyklům zmrazování a rozmrazování, tj. ochlazování na teplotu 17,5 o C a rozmrazování ve vodní lázni na 20 o C. Po 10. cyklu se provede prosátí přes síto poloviční velikosti otvoru než je dolní síto zkoušené frakce (např. pro frakci 8-16 se použije síto 4 mm). Propad sítem se vztáhne k původní navážce a vyjádří se v % 11

12 Zkouška síranem hořečnatým (ČSN EN ) Zkušební navážka kameniva frakce se vystaví 5 cyklům střídavého nasáknutí po dobu 17 h v roztoku síranu hořečnatého a následného vysoušení v sušárně při teplotě 110 o C. Nasáknutá zrna kameniva se rozrušují opakovanou krystalizací a rehydratací síranu hořečnatého. Po zkoušce se provede prosátí sítem 10 mm. Množství propadlých zrn se vztáhne k původní navážce a procentuelně vyjádří. Zkoušení chemických vlastností kameniva Chemický rozbor (ČSN EN ) Norma je značně rozsáhlá, obsahuje 21 různých zkušebních postupů. Z těchto postupů lze ve vazbě na použití kameniva pro stavbu pozemních komunikací uvést: - stanovení lehkých znečišťujících částic (zjištění přítomnosti látek jako je lignit a uhlí) - stanovení rozpadu vzduchem ochlazené vysokopecní strusky vlivem křemičitanu vápenatého - stanovení rozpadu vzduchem chlazené vysokopecní strusky vlivem železa - stanovení rozpínavosti ocelářské strusky Seznam doplňkové studijní literatury ČSN EN ČSN EN ČSN EN ČSN EN ČSN EN Kamenivo do betonu Pórovité kamenivo část 2: Pórovité kamenivo pro asfaltové směsi a povrchové vrstvy a pro stmelené a nestmelené aplikace Kamenivo pro asfaltové směsi a povrchové vlastnosti pozemních komunikací, letištních a jiných dopravních ploch Kamenivo pro nestmelené směsi a směsi stmelené hydraulickými pojivy pro inženýrské stavby a pozemní komunikace Kamenivo pro kolejové lože