Téma 2 : Kamenivo
Modernizace výuky na Fakultě stavební VUT v Brně v rámci bakalářských a magisterských studijních programů
1
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. 2000 – 3000 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
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. 1200 mm, konečná velikost cca. 300 m
Obr. 2.1: Čelisťový drtič
3
•
odrazové – pro jemnější drcení, výchozí materiál max. 1000 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.
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. 8-16. • •
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
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 12620 Kamenivo do betonu
•
ČSN EN 13055-2 Pórovité kamenivo – část 2: Pórovité kamenivo pro asfaltové směsi a povrchové vrstvy a pro stmelené a nestmelené aplikace
•
ČSN EN 13043 Kamenivo pro asfaltové směsi a povrchové vrstvy pozemních komunikací , letištních a jiných dopravních ploch
•
ČSN EN 13242 Kamenivo pro nestmelené směsi a směsi stmelené hydraulickými pojivy pro inženýrské stavby a pozemní komunikace
•
ČSN EN 13450 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.
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 (20oC), vlhkost
•
Přesnost vážení
•
Evidence, manipulace, velikost vzorků
7
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 %).
Zkoušení mechanických a fyzikálních vlastností kameniva •
Stanovení odolnosti proti drcení (ČSN EN 1097-2)
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
•
Stanovení sypné objemové hmotnosti a mezerovitosti kameniva (ČSN EN 1097-3)
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 1097-6)
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 1097-8)
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
Obr. 2.8: Kyvadlo pro zkoušení ohalzeného kameniva
Zkoušení odolnosti kameniva vůči teplotě a zvětrávání •
Stanovení odolnosti proti zmrazování a rozmrazování (ČSN EN 1367-1)
Zkušební navážka úzké frakce kameniva se po nasáknutí vodou vystaví 10 cyklům zmrazování a rozmrazování, tj. ochlazování na teplotu –17,5oC a rozmrazování ve vodní lázni na 20oC. 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
•
Zkouška síranem hořečnatým (ČSN EN 1367-2)
Zkušební navážka kameniva frakce 10-14 se vystaví 5 cyklům střídavého nasáknutí po dobu 17 h v roztoku síranu hořečnatého a následného vysoušení v sušárně při teplotě 110oC. 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 1744-1)
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 12620
Kamenivo do betonu
ČSN EN 13055 Pórovité kamenivo – část 2: Pórovité kamenivo pro asfaltové směsi a povrchové vrstvy a pro stmelené a nestmelené aplikace ČSN EN 13043 Kamenivo pro asfaltové směsi a povrchové vlastnosti pozemních komunikací, letištních a jiných dopravních ploch ČSN EN 13242 Kamenivo pro nestmelené směsi a směsi stmelené hydraulickými pojivy pro inženýrské stavby a pozemní komunikace ČSN EN 13450 Kamenivo pro kolejové lože
