Agregate minerale

AGREGATE MINERALE

Agregatele sunt materiale minerale, sub forma de bucati, naturale (agregate de rau , piatra sparta) sau artificiale (granulit, perlit, zgura) si se folosesc la preparea mortarelor si betoanelor sau ca mase speciale. In beton agragatul este materialul de masa ( 75% din volumul unui beton proaspat ) si influenteaza prin calitatile sale proprietatile betonului in stare proaspat si intarita.

Granulozitate

Materialele granulare sunt compuse din granule de diferite dimensiuni.

Granulozitatea exprima proportiile cu care intervine fiecare sort in compozitia generala a unui material granular.

Sortul reprezinta cantitatea de material granular ce se separa intre doua ciururi / site consecutive din setul standardizat pentru materialul respectiv.

Daca, la cernere, s-a folosit intreaga serie de ciururi/site standardizata, sortul se numeste sort elementar; daca s-au folosit anumite ciururi/site, din seria standardizata, sortul se numeste sort granular.

Reprezentarea matematica a granulozitatii unui material consta in trasarea curbei de granulozitate, care presupune trasarea curbei procentului de material trecut prin seria de ciururi /site consecutive, raportat la diametrul ochiurilor.

Aparatura si materiale:

balanta tehnica cu sarcina maxima 1kg;

balanta tehnica cu sarcina maxima 10kg;

set de ciururi cu ochiuri rotunde de 125; 71; 31,5; 16; 7,1; 3,15; 1mm si sita cu ochiuri de 0,02mm;

subler de 200mm;

material granular uscat pentru incercari.

Efectuarea determinarii

Efectuarea determinarii se face practic prin cernerea unei anumite cantitati de material prin setul standardizat. Cantitatea de material care se cerne la o determinare va fi functie de dimensiunea maxima a granulelor de material, in tab. fiind prezentate aceste cantitati pentru agregate minerale.

Tabelul 1

Reprezentativitatea probei se asigura prin respectarea catorva reglementari:

-proba primara se compune din material extras din cel putin 5 puncte, situate in zone si la inaltimi diferite ale gramezii de material granular, pana la obtinerea masei de aprozimativ 100 kg.

-proba de cernere se va realiza prin metoda sferturilor care consta in urmatoarele operatii:-gramada se va imparti in sferturi, prin trasarea a doua diametre perpendiculare si se va separa materialul cuprins in doua sferturi diametral opuse.

Fig.1 -Metoda sferturilor

-materialul ramas se reamesteca, continuandu-se operatiile pana cand fiecare sfert ajunge la masa necesara probei de cernere.

Pentru un material se pregatesc 3 probe de cernere, care se introduc in etuva, la temperatura de (105±5)^oC, pentru uscate la masa constanta. Dupa racire la temperatura de 20⁰C, pentru fiecare proba de cernere, se determina masa M.

Seria de ciururi se realizeaza prin suprapunerea acestora in ordinea crescatoare a dimensiunilor ochiurilor si avand , la partea inferioara, o cutie.

Materialul granular se aseaza in primul ciur al seriei si se incepe operatia de cernere. Este interzisa apasarea granulelor pentru a forta trecerea granulelor prin ochiurile ciururilor.

Operatia de cernere se considera terminata daca,la cernerea timp de 1 minut, prin acel ciur, nu mai trece decat cel mult 1% din sortul retinut. Pentru verificare, pe rand, fiecare ciur se scoate din serie si se cerne, timp de 1 minut, deasupra unei coli de hartie. Daca conditia mentionata este indeplinita, cernerea se continua cu seria ciururilor ramase.Se cantaresc exact fractiunile care au ramas pe fiecare ciur. Suma tuturor fractiunilor, exprimata in grame, se scade din cantitatea initiala si se obtine totalul pierderilor, care nu trebuie sa depaseasca 0,5% din masa initiala; daca nu este indeplinita conditia se reface determinarea.

Pentru determinarea sorturilor mai fine de 1mm, din materialul colectat in cutia seiei se extrag 100 g, care se vor cerne prin seria de site dupa acelesi reguli ca si in cazul ciururilor. Sorturile separate se cantaresc si se extrapoleaza la masa totala a materialului din cutia seriei de ciururi.

Inregistrarea rezultatelor

Datele rezultate din masuratori se trec in tabelul 2

Tabelul 2

Cu resturile cantarite se calculeaza procentele de material trecut prin fiecare ciur / sita dupa cum urmeaza:

se calculeaza totalul resturilor pe fiecare ciur / sita ce apartine unei probe si se scade din masa initiala obtinandu-se pierderile conform tab..;

se face suma resturilor pe fiecare ciur /sita de la probele partiale; se calculeaza media aritmetica a resturilor pe fiecare ciur /sita si pentru pierderi;

se calculeaza masa materialului trecut prin ciur /sita incepand cu diametrul cel mai mic; pierderile se adauga la materialul ramas pe ciurul de 1mm; pentru verificare trebuie ca materialul trecut prin ciurul cu diametrul cel mai mare sa reprezinte masa initiala a probei;

se calculeaza procentul reprezentat de materialul trecut prin fiecare ciur fata de masa totala;

se traseaza curba granulometrica intr-un sistem de coordonate rectangulare, cu coordonatele axelor puse la o scara convenabila, fig 2.;

Fig.2 - Curba de granulozitate experimentala.

pentru interpretarea rezultatelor, pe acelasi grafic se traseaza si curbele limita prevazute in normative (in anexa sunt prevazute grafice si tabele pentru granulozitatea agregatelor). Pentru diferite domenii de utilizare (betoane, mortare, straturi necoerente), granulozitatea materialuli se impune a se inscrie in anumite zone.

Fig.3  Exemple de curbe granulometrice

In functie de alura curbei , granulozitatea materialului poate fi caracterizata ca:

-continuua, daca graficul este strict crescator(curbele 1 si 2)

-discontinua, daca graficul contine sectiuni orizontale (curba 3)

-saraca in parti fine, daca graficul este concav (curba 1)

-bogata in parti fine, daca graficul este convex (curba 2)

-monogranulara, daca graficul se desfasoara numai pe domeniul unui singur sort granular (curba 4)

O curba de granulozitate se desfasoara, intotdeauna intre abscisele corespunzatoare dimensiunilor minima si maxima ale ochiurilor sitelor/ciururilor folosite la cernere, respectiv intre ordonata corespunzatoare trecerii prin sita cea mai fina si ordonata de 100 %.

Modulul de finete

Modulul de finete reprezinta ca exprimare numerica, suprafata cuprinsa intre curba de granulozitate, axa ordonatelor si paralela dusa la axa absciselor in dreptul ordonatei maxime. O valoare mica a suprafetei graficului indica un continut mare de parte fina.

Aparatura si materiale:

balanta tehnica cu sarcina maxima 1kg;

balanta tehnica cu sarcina maxima 10kg;

set de ciururi cu ochiuri rotunde de 125; 71; 31,5; 16; 7,1; 3,15; 1mm si sita cu ochiuri de 0,02mm;

subler de 200mm;

material granular uscat pentru incercari.

Efectuarea determinarii

Modulul de finete se determina avand ca baza de plecare curba granulometrica. Inregistrarea rezultatelor se va face pe o diagrama fig.9.2., cu o constructie speciala, care are in  abscisa logaritmii zecimali ai dimensiunilor ochiurilor de ciur / sita, iar in ordonata procentul trecerilor in masa prin acestea

Fig.4. Determinarea grafica a modulului de finete.

Din punct de vedere al constructiei grafice, originea absciselor va fi marcata log0,1mm, iar in continuare se marcheaza la 10cm log1mm, la urmatorii 10cm log10mmsi in continuare pastrand aceeasi scara grafica se trec valorile corespunzatoare dimensiunilor mari ale agregatelor. Pe axa ordonatelor se trece procentul cantitatilor trecute prin ciururi / site, fata de cantitatea initiala, astfel incat procentul maxim (100%) sa fie la 10cm de origine.

Inregistrarea rezultatelor

Modulul de finete se calculeaza (plecand de la graficul de granulozitate construit pe noul sistem de axe de coordonate) cu relatia urmatoare:

[1]

in care:    - m - modul de finete, in cm²/g;

S - suprafata delimitata de curba de granulozitate, axa ordonatelor si paralela dusa la axa absciselor in dreptul ordonatei maxime, in cm².

Pentru determinarea suprafetei S, aceasta se imparte in fasii verticale de 1cm si pentru fiecare fasie se traseaza inaltimea medie; in continuare calculul suprafetei se face cu relatia:

S = 1(h₁ + h₂ + . . . . .+h_n) = 1h_i  [2]

in care:    S - suprafata graficului, in cm²;

h_i - inaltimile medii ale fasiilor, in cm.

Se determina modulul de finete pentru datele experimentale de la curba granulometrica prin trasare pe hartie milimetrica dupa modelul de mai jos.

ANEXA 1

Se va observa ca valoarea mai mare a modulului de finete indica granulozitatea mai saraca in parti fine a materialului granular.

Aspectul suprafetei granulelor de agregat influenteaza in mod deosebit aderenta la agregat a pietrei de ciment. Suprafata poate fi lucioasa, rugoasa, aspra si influenteaza in mod diferit cantitatea de apa de amestecare, lucrabilitatea betonului proaspat, compactitatea betonului intarit. In cazul determinarilor de laborator se cerne proba de material prin ciurul nr.16 si pe granulele separate in urma examinarii vizuale se stabileste ponderea de granule cu aspectul suprafetelor diferite, de aici decurgand recomandarile privind utilizarea lor.

Forma granulelor  de agregat se apreciaza prin determinarea rapoartelor medii b/a, c/a si a coeficientului volumic mediu C_v.

Din punct de vedere al formei, granulele de agregat pot fi :

-izometrice sau scurt prismatice, cu dimensiuni aproximativ egale;

-plate, cu doua dimensiuni apropiate si una foarte mica :

-aciculare, cu doua dimensiuni foarte mici si una foarte mare.

Prin forma lor granulele de agregat influenteaza volumul de goluri si suprafata specifica a agregatului. Granulele izometrice pot fi considerate ca avand cea mai favorabila forma , rezultand volumul de goluri minim si suprafata specifica redusa.

Forma ideala a granulelor, pentru a obtine un volum de goluri minim, este cea sferica.

Pentru materialele de concasaj se admite ca ideala, forma cubica.

Efectuarea determinarii

Dupa determinarea granulozitatii, vor fi recoltate prin sondaj aleatoriu, un numar de granule:

-30 de granule , din amestecul sorturilor mai mari de 16 mm

-50 de granule , din sortul 7,1-16,00 mm.

Fiecarei granule i se vor masura, cu ajutorul unui subler, cele trei dimensiuni caracteristice:

-a-lungimea (dimensiunea cea mai mare)

-b-latimea (dimensiunea mijlocie)

-c-grosimea (dimensiunea cea mai mica).

Pentru fiecare granula, in tabelul urmator se vor inscrie:

-valorile dimensiunilor masurate;

-valorile rapoartelorb/a si c/a, calculate;

-valorile volumelor sferelor circumscrise granulelor, calculate cu formula:

V_s═ ×a³

Tabel de calcul pentru forma granulelor

Se calculeazasumeleΣb/a si Σc/a, care se vor raporta la numarul granulelor, rezultand valorile medii ale acestor rapoarte.

Pentru ca agregatul sa poata fi folosit la prepararea betoanelor, trebuie indeplinite conditiile:

(b/a)_med ≥0,66 si (c/a)_med ≥0,33

Rezulta ca forma granulelor va fi cu atat mai buna cu cat valorile rapoartelor dimensiunilor vor fi mai apropiate de valoarea 1.

Pentru calculul coeficientului volumic mediu ( C_v ) , se va determina volumul aparent (V_a) al tuturor granulelor masurate, prin metoda volumului de lichid dislocuit(metoda cilindrului gradat), valoare la care se va raporta suma volumelor sferelor ΣV_s

C_v═V_a/ ΣV_s

Pentru a putea fi folosit la prepararea betoanelor, agregatul trabuie sa aibi coeficientul volumic mediu cel putin egal cu valoarea 0,20. Forma granulelor vafi cu atat mai buna cu cat coeficientul sau volumic mediu va fi mai apropiat de valoarea1.

Continutul de impuritati

Continutul de impuritati dintr-un agragat se refera la diverse substante care, fiind prezente chiar si in cantitati mici in masa agragatului, pot influenta in sens defavorabil realizarea structurilor de beton si mortar. Normativele prevad limitarea prezentei urmatoarelor impuritati: corpuri straine, argila, mica libera, carbune, humus, parti levigabile, sulfati si saruri solubile.

Continutul de corpuri straine se determina prin examinarea vizuala a unei probe de 5 kg de agregat , urmarindu-se prezenta unor bucati de argila, resturi vegetale sau animale etc.

Se noteaza cu m-proba de 5 kg agregat

m₁-proba lipsita de impuritati

Se calculeaza:

%corpuri straine=

Continutul de argila din nisip se determina pe o proba medie de 500 g nisip care se separa in doua sorturi 0-1 si 1-7,1. Se pune in cate un pahar 30 g  nisip din fiecare sort si se adauga apa, apoi se fierbe timp de 3-4 minute. Paharele se introduc pe rand la un agitator unde se lasa cate 10 minute. Aceste amestecuri se completeaza cu apa, se agita cu o bagheta de sticla si cu ajutorul unui tub de aspiratie se indeparteaza suspensia formata pana cand aceasta define limpede.

Continutul de argila se determina cu relatia:

% argila = +

In care:  X- fractiunea 0-1, in %

y-fractiunea 1-7,1, in %

m₁-cantitatea de nisip sort 0-1 dupa spalare, in g

m₂-cantitatea de nisip sort 1-7,1, dupa spalare, in g.

Continutul de mica libera se determina pe nisip uscat la masa constanta, sortat ,din care mica libera se extrage cu penseta din sorturile mari, iar din restul sorturilor printr-un curent de apa ascendent.

In acest scop , sortul respectiv se introduce intr-un balon Wűrtz, in care se barboteaza prin agregat un curent ascendent de apa, cu viteza stabilita astfel incit sa nu fie antrenate decat particulele de mica retinute pe sita. Apa este evacuataprintr-un orificiu.  Operatia se considera terminata cand nu se mai vad lamelele de mica in curentul ascendent.

Mica colectata la toate sorturile se usuca, se cantareste si reprezinta continutul procentual al nisipului respectiv.

1 - balon wurtz

5 - sita

6 - orificiu evacuare

Procentul admisibil este strict limitat deoarece influenteaza negativ aderenta matrice-agregat in mortare si betoane si implicit rezistentele mecanice.

Continutul de carbune se determina  pe nisip provenit din zonele carbonifere sau din albiliile raurilor unde se varsa apele reziduale de la spalatoriile de carbuni. Prezenta carbunelui in agregate este periculoasa in primul rind datorita posibilitatilor de aparitie a sulfatilor prin oxidarea sulfului care insoteste carbunele.

Determinarea se face asupra unei probe(m) de 500g agregat uscat introdusa intr-un cilindru gradat de 1000 cm³ peste care se toarna o solutie saturata de clorura de calciu (Ca Cl₂) care sa acopere agregatul cu un strat egal cu inaltimea sa. Se agita cilindrul, se lasa sa se sedimenteze agregatul, lichidul la suprafata caruia s-a separat carbunele se filtraza printr-un filtru cantitativ. Carbunele de pe filtru se spala cu apa distilata, se usuca si se cantareste (m₁)g.

% carbune =

Continutul de humus se pune in evidenta printr-o reactie de culoare in urma tratarii cu o solutie de hidroxid de sodiu 3%. Proba de nisip se mentine in solutia de NaOH timp de 24 ore, se agita, iar culoarea obtinuta se compara cu culorile etalon , de la galben la brun.

Humusul este un amestec de substante organice cu caracter acid, provenit din putrezirea resturilor vegetale, iar prezenta lui peste limitele admise poate conduce la perturbarea proceselor de priza si intarire la cimenturi si impiedicarea aderentei agregatului la matricea de ciment.

Continutul de parti levigabile se determina prin introducerea unei probe de nisip uscat intr-un vas in care se adauga apa, se agita amestecul, se lasa in repaos 15 secunde, se scurge apa in exces. Operatia se repeta pana cand apa ce se scurge devine curata. Nisipul astfel spalat se usuca, se cantareste, iar raportul intre masa de material spalat si masa initiala de nisip in procente se compara cu valorile normate.

Partile levigabile in proportie prea mare micsoreaza aderenta liantului la agregat si prin aceasta reduc rezistentele mecanice ale betoanelor.

Continutul de sulfati se determina pe o proba de nisip uscata, macinata si mojarata in anumite conditii, cu masa de 100 g. Proba se introduce intr-un cilindru gradat de 500 cm³ ,se toarna apa distilata 200 cm³ , se agita amestecul, se lasa sa se depuna si se filtreaza.

Filtratul se aciduleaza cu acid clorhidric concentrat si se trateaza cu o solutie de clorura de bariu 10 %. Aparitia unui precipitat alb de sulfat de bariu indica prezenta sulfatilor. Prezenta sulfatilor nu este admisa in betoane.

Continutul de saruri solubile se determina pe o proba de 50 g de nisip care se mojareaza pana cand trece in totalitate prin sita 0,02, se introduce intr-un pahar de laborator, se adauga apa distilata si se incalzeste in baie de apa timp de 24 ore.

Lichidul din pahar se filtreza, se introduce antr-o capsula de portelan ,se evapora apa din solutia respectiva, pe capsula ramanand doar sarea, care se cantareste si se raporteaza la masa initiala. Rezultatul obtinut se compara cu valorile normate.  Un procent mare de saruri solubile produce fenomenul de eflorescenta pe suprafata betoanelor si mortarelor.