3.                Kruszywa mineralne do betonów lekkich

3.1.         Klasyfikacja kruszyw lekkich

Stosowane współczesne lekkie kruszywa mineralne można podzielić w zależności od rodzaju surowców użytych do produkcji na grupy lekkich kruszyw naturalnych i sztucznych oraz asortymenty:

• kruszywa pochodzenia naturalnego ze skał porowatych łamane:

-         pochodzenia wulkanicznego
-         pumeks naturalny
-         tufoporyt
-         węglanoporyt
-         krzemoporyt

• kruszywa pochodzenia naturalnego ze skał poddanych obróbce termicznej:

-         perlitoporyt
-         wermikulitoporyt

• kruszywa sztuczne z odpadów przemysłowych poddanych obróbce termicznej:

-         pumeks hutniczy
-         łupkoporyt
-         popiołoporyt
-         pregran
-         pollytag

• kruszywa sztuczne z odpadów przemysłowych bez obróbki termicznej:

-         żużel paleniskowy
-         żużel wielkopiecowy granulowany
-         elporyt
-         łupkoporyt ze zwałów
-         gruz ceglany

• kruszywa sztuczne z surowców mineralnych poddanych obróbce termicznej:

-         keramzyt
-         glinoporyt
-         szkło piankowe granulowane

3.2.         Właściwości kruszyw lekkich

O przydatności kruszyw lekkich do wykonywania betonów decyduje szereg ich właściwości. Do najważniejszych z nich zaliczamy: gęstość nasypową, gęstość objętościową, nasiąkliwość, odporność na zamrażanie, zawartość składników szkodliwych, uziarnienie, porowatość, wytrzymałość mechaniczna, urabialność mieszanki betonowej. Cechy te zależne są w pewnym stopniu też od kształtu ziarna kruszywa i jego powierzchni. Wymagania dla kruszyw lekkich oraz metody oznaczania i badania poszczególnych ich właściwości ujęto w normie PN-86/B-23006 - Kruszywa do betonu lekkiego.

3.2.1.      Kształt, stan powierzchni, struktura ziaren

Kształt i powierzchnia ziaren kruszywa wpływa na urabialność mieszanki betonu lekkiego, ilość cementu i wytrzymałość końcową. Wyróżnia się trzy grupy ziaren:

I grupa - ziarna okrągłe zwarte - o jednolicie rozłożonych porach wewnętrznych, średnicy 0.5 - 2 [mm]. Pory te zazwyczaj nie łączą się ze sobą. Na powierzchni ziaren występuje zwarta otoczka. Do tego typu kruszyw zalicza się: keramzyt, popiołoporyt (typu Pollytag) i perlitoporyt. Regularny kształt ziaren i porów oraz otoczka polepszają urabialność masy betonu i zmniejszają zużycie cementu.

II grupa - ziarna kanciaste - o większych porach, średnicy 2 - 4 [mm], otwartych, rozłożonych nierównomiernie w całym przekroju ziarna. Otwarte pory powstają w wyniku odparowania wody, spieczenia ziarn surowca, oraz wypalenia paliwa technologicznego. Do grupy tej zalicza się: łupkoporyt, glinoporyt, popiołoporyt kruszony oraz kruszywa spiekane nie pęczniejące. Urabialność masy betonowej z tego rodzaju kruszywa jest gorsza, a szybkość nasiąkania wodą duża.

III grupa - ziarna o kształcie nieregularnym - o porach występujących w układzie przypadkowym, średnicy powyżej 10 [mm], tworzące kawerny, bardzo łatwo dostępne z zewnątrz. Powstają one w wyniku spiekania. Do tej grupy zalicza się: żużel paleniskowy, pumeks hutniczy. Masa betonowa z takiego kruszywa jest trudno urabialna, wymaga dużego zużycia cementu.

3.2.2.      Gęstość, gęstość objętościowa ziaren kruszywa, gęstość nasypowa kruszywa

Kruszywa lekkie charakteryzowane są przez trzy rodzaje gęstości:

1.      gęstość (samych ziaren, z wyłączeniem porów) - około 2500 [kg/m³], nie wykazująca większych różnic dla poszczególnych kruszyw

[g/cm3]

m - masa suchej sproszkowanej próbki [g]
v_a - objętość próbki bez porów [cm³]

2.      gęstość objętościowa ziaren, uwzględniająca porowatość ziaren - bardziej zróżnicowana, zależna też od metody wytwarzania kruszywa, wynosi średnio  850 - 1600 [kg/m³]. Ziarna większe mają z reguły strukturę bardziej porowatą i mniejszą gęstość objętościową niż ziarna drobne

[g/cm3]

m - masa próbki [g]
v - objętość próbki [cm³]

3.      gęstość objętościowa całego kruszywa, czyli gęstość nasypowa, uwzględniająca porowatość wewnętrzną ziaren oraz pustki między nimi - jest najbardziej zróżnicowana, zależy od gęstości objętościowej ziaren (frakcji kruszywa), w przybliżeniu jest równa połowie gęstości objętościowej ziaren.

3.2.3.      Szczelność, jamistość, porowatość, nasiąkliwość

Szczelność ziarn kruszywa jest to stosunek gęstości objętościowej do ich gęstości. Im mniejsze ziarna tym większa szczelność.

1

_o - gęstość objętościowa ziarn [g/cm³]
 - gęstość ziarn [g/cm³]

Jamistość jest to procentowa zawartość wolnych przestrzeni między ziarnami kruszywa. Dużą jamistością odznaczają się kruszywa o ziarnach z grupy III ze względu na ich nieregularną budowę.

[%]

_n - gęstość nasypowa kruszywa [kg/m³]
_o - gęstość objętościowa kruszywa [kg/m³]

Porowatość jest to ilość wolnych przestrzeni w danym materiale określona w %. Wynika ona z komórkowej struktury kruszyw lekkich (średnio 20 - 40 %) powoduje znaczną nasiąkliwość, szczególnie przy otwartej strukturze porów (głównie ziarna typu III i II), przy czym wchłanianie wody odbywa się z różną prędkością.

P=(1-S)*100 [%]

S - szczelność

Nasiąkliwość to zdolność wchłaniania wody. Określana jest w % masy jako stosunek masy wody, jaką może wchłonąć dane kruszywo, do masy suchego kruszywa,

[%]

m_w - masa próbki nasyconej wodą [g]
m_s - masa próbki suchej [g]

lub rzadziej głównie dla materiałów o bardzo niskiej gęstości objętościowej określa się nasiąkliwość w % objętościowych

[%]

m_w - masa próbki nasyconej wodą [g]
m_s - masa próbki suchej [g]
v - objętość próbki suchej [cm³]

Nasiąkliwość kruszyw lekkich z reguły jest mniejsza od porowatości, ponieważ nie wszystkie pory ulegają wypełnieniu wodą, ale na ogół jest znaczna. Duża nasiąkliwość kruszyw lekkich jest dużym utrudnieniem przy wykonywaniu betonów. Powoduje m.in.:

- trudność przy dozowaniu wagowym,
- zmiany zawartości wody zarobowej,
- znaczne zawilgocenie wykonywanych obiektów i obniża właściwości termoizolacyjne betonu.

Nasiąkliwość kruszyw lekkich po 24 godz. działania wody wynosi średnio od 20 do 40 % masowo (zależnie od frakcji - grubsze frakcje chłoną mniej wody niż drobne). Na budowie kruszywo składowane na powietrzu, wykazuje średnio zawilgocenie około 10 - 15 %, nie przekraczające na ogół 2/3 nasiąkliwości po 24 godz.

Obecnie produkowane kruszywa lekkie mają stosunkowo niską nasiąkliwość (poniżej 10% po 2 godz., poniżej 15 % po 48 godz.).

Oznaczenie nasiąkliwości prowadzi się wg PN-77/B-06717/18 po 48 godzinach nasycania wodą.

3.2.4.      Cechy mechaniczne kruszyw lekkich

W zależności od wytrzymałości gwarantowanej betonu, wykonanego z danego kruszywa przy zachowaniu wymaganej gęstości objętościowej betonu, kruszywa lekkie dzieli się na cztery marki: 2.5; 7.5; 15; 25.

Tabela 1 -  Wytrzymałość kruszyw lekkich (marki) wg PN - 86/B - 23006

3.2.5.      Zanieczyszczenia kruszyw

Zanieczyszczenia organiczne w kruszywach lekkich z reguły nie występują. Spotykane są natomiast przypadkowe zanieczyszczenia obce występujące głównie w kruszywach z grupy odpadów przemysłowych eksploatowanych ze zwałów. Są to: związki siarki, niespalony węgiel, a także CaO i MgO (żużle). Występujące niekiedy związki chloru mogą wpływać na korozję stali zbrojeniowej. Kruszywom lekkim stawia się wymagania dotyczące zachowania stałości objętości (zanieczyszczenia chemiczne). Brak stałej objętości powoduje rozpad kruszyw (i elementów), zmiany te nazywa się rozpadem.

Rozróżniamy rozpad węglowy, siarkowy, krzemianowy, wapniowy, żelazawy. Kruszywo badane jest również pod kątem radioaktywność.

• Zawartość węgla - wykazywana jest badaniem strat przy prażeniu wg PN-78/B-06714/35. Większe straty przy prażeniu (związane z zawartością w kruszywie niespalonego węgla) mogą powodować pęcznienie betonów pod wpływem wilgoci, zależnie od rodzaju węgla i stopnia jego wypalenia. Węgiel skoksowany nie wykazuje właściwości pęczniejących, natomiast młodszy geologicznie węgiel jest bardziej podatny na pęcznienie. Dopuszczalna wielkość strat prażenia wynosi maksymalnie 6% (zależnie od rodzaju kruszywa i jego składu ziarnowego). W przypadku kruszyw z żużla paleniskowego i elporytu należy sprawdzać stałość objętości betonu wg PN-84/B-06714/24. Występuje głownie w żużlu paleniskowym.

• Zawartość siarki - może powodować powstawanie w betonie związków o zwiększonej objętości i w konsekwencji rozpad jego struktury. Związki siarki występującej w kruszywie lekkim oznacza się wg PN-78/B-06714/28. Maksymalna dopuszczalna ilość SO₃ wynosi 3%. Występuje w niektórych rodzajach żużla paleniskowego, najczęściej przepalonego ze zwałów.

• Rozpad krzemianowy - zjawisko to zachodzi głównie w żużlach bogatych w wapno (CaO powyżej 42%). Spowodowany jest przemianami krystalograficznymi jednego ze składników. Występuje samorzutnie w momencie studzenia - żużle granulowane, pumeks hutniczy, popiołoporyt. Badanie rozpadu krzemianowego prowadzi się przy pomocy lampy kwarcowej - ziarna podatne na rozpad świecą na żółto. Polskie żużle nie zawierają dużych ilości CaO i zazwyczaj nie podlegają przeobrażeniom krzemianowym. Metoda oznaczania wg PN-80/B-06714/37.

• Rozpad wapniowy - spowodowany jest obecnością wtrąceń margla w wypalonym surowcu, które w wyniku wolno postępujących procesów uwodnienia mogą powodować pękanie i odpryski ziaren kruszywa. Ten rodzaj rozpadu występować może w kruszywach otrzymywanych ze spiekania materiałów ilastych, a więc głównie w keramzycie, glinoporycie, łupkoporycie. Metoda oznaczenia wg PN-78/B-06714/38.

• Rozpad żelazawy - zachodzi przy występowaniu w kruszywie FeO w ilości powyżej 3%. Z tlenku żelaza i siarki tworzy się siarczek FeS. Rozkład siarczków żelaza (FeS) i w mniejszym stopniu siarczku magnezu (MgS) pod wpływem wody powoduje znaczny przyrost objętości ziarna, co prowadzi do spękań, łuszczenia się i rozkruszania. Występuje głównie w żużlu granulowanym. Rozpad wykrywa się przez moczenie kawałków żużla przez 7 dni w wodzie i sprawdzeniu czy nie ulegają one rozkruszeniu. Normy dla kruszyw lekkich nie wymagają oznaczania tego rozpadu. Zawartość żelaza lub pirytu w ziarnach kruszywa może być przyczyną plam na powierzchni betonu. Metoda oznaczenia wg PN-78/B-06714/39.

• Radioaktywność - obecność śladowych ilości pierwiastków promieniotwórczych potasu K-40, uranu U-238, toru Th-232 wraz z izotopami promieniotwórczymi szeregu uranowego i torowego mogą być przyczyną nieco zwiększonej promieniotwórczości naturalnej kruszywa. Dotyczy to głównie kruszyw z odpadów przemysłowych żużla paleniskowego i elporytu. Dopuszczalna zawartość pierwiastków promieniotwórczych w kruszywach lekkich powinna odpowiadać wymaganiom instrukcji ITB nr 234.

Oznaczenie kruszywa wg wymagań normowych powinno zawierać następujące dane:

- nazwę kruszywa,
- nazwę zakładu produkcyjnego lub nazwę złoża,
- nazwę frakcji lub grupy frakcji,
- markę,
- gatunek,
- gęstość nasypową,
- numer normy.

3.3.         Charakterystyka poszczególnych kruszyw lekkich

3.3.1.      Naturalne kruszywa lekkie ze skał porowatych - łamane

3.3.1.1.              Pochodzenia wulkanicznego, pumeks naturalny, tufoporyt.

Do skał pochodzenia wulkanicznego, z których otrzymywane jest kruszywo do betonów lekkich, zaliczamy:

- tufy wulkaniczne (tufoporyt) jest to zlepek twardych okruchów skalnych i popiołów wulkanicznych,
- popiół lawowy, składający się całkowicie z porowatego szkliwa ( lżejsze od tufów wulkanicznych),
- pumeks naturalny (pumeksoporyt) składający się całkowicie ze szkliwa, o porowatej strukturze i niskiej gęstości objętościowej.

Złoża pumeksu naturalnego występują między innymi we Włoszech (Lipara, Viterbo), ZSRR, USA (Kalifornia, Nowy Meksyk, Oregon, Idaho), Niemczech (Nadrenia), Francji, Czechach. W Polsce skały pochodzenia wulkanicznego przydatne do produkcji kruszywa do betonów lekkich praktycznie nie występują.

3.3.1.2.              Węglanoporyt (lekki wapień)

Węglanoporyt otrzymujemy z wapienia porowatego. Jest to jedyne występujące w kraju lekkie kruszywo naturalne, przydatne do produkcji betonów lekkich. Złoża wapieni lekkich występują głównie na terenie byłego województwa kieleckiego oraz w okręgu lubelskim. Do największych należą kamieniołom w Pińczowie (Kieleckie), Karsach (Kieleckie), Janikowie (Kieleckie), Szydłowie (Kieleckie), Alchambrowie k/Kazimierza (Lubelskie), Wojtalik k/Kazimierza (Lubelskie), Kazimierzu (Lubelskie).

Właściwości węglanoporytu jako surowca do produkcji kruszywa budowlanego mogą być bardzo różne i są zależne od pochodzenia. Nieprzydatne jako surowiec do produkcji kruszywa są wapienie o dużej zawartości części ilastych (wapienie marglowe) ze względu na pęcznienie pod wpływem wody. Niewskazane jest też stosowanie węglanoporytu ze złóż wapieni o zbyt cienkiej warstwie, ze względu na zwiększenie w kruszywie ziaren płaskich i wydłużonych.

3.3.2.      Kruszywa pochodzenia naturalnego ze skał, poddanych obróbce termicznej

3.3.2.1.              Perlitoporyt (Perlit)

Perlitoporyt otrzymuje się przez obróbkę termiczną niektórych szklistych skał wulkanicznych, np.: obsydianu, perlitu, smołowca. Złoża tych surowców występują głównie na terenie Armenii, Azerbejdżanu, Kazachstanu, Ukrainie, Kamczatce, Węgier, Bułgarii, Francji, Irlandii, Włoch, USA, Meksyku, Wenezueli i innych.

Odpowiednio przekruszony surowiec wypraża się w specjalnych piecach, szybowych lub obrotowych w temperaturze 950 - 1150^oC. Następuje wydzielenie wody krystalicznej czemu towarzyszy znaczne zwiększenie objętości ziaren kruszywa. Kruszywo to posiada bardzo korzystne właściwości termoizolacyjne oraz dużą odporność na działanie wysokich temperatur. Właściwości te preferują zastosowanie perlitoporytu szczególnie do betonów izolacyjnych. W Polsce ze względu na brak surowca nie produkuje się kruszywa perlitowego.

3.3.2.2.              Wermikulitoporyt (wermikulit)

Wermikulitoporyt otrzymuje się przez termiczną obróbkę minerału wermikulitu. Jego największe złoża występują w USA, RPA, byłym ZSRR, Indiach, Australii, Argentynie, Bułgarii i innych. Proces wypalania jest bardzo podobny do stosowanego przy produkcji kruszywa perlitowego. Rozdrobniony surowiec wypalany jest w zakresie temperatur 750 - 1100^oC. Przy szybkim ogrzewaniu następuje 20 - 30 krotny wzrost objętości minerału wskutek przejścia w fazę gazową uwodnionych warstw. Otrzymywane ziarna lekkiego kruszywa mają kształt drobnych harmonijek. Wermikulitoporyt jest znany jako bardzo dobry materiał do izolacji termicznej. Spęczniony wermikulit wykazuje wysoką odporność na wpływy temperatury i nie zmienia swoich cech do 900^oC, jest także odporny na wpływy chemiczne i nie wykazuje objawów starzenia się. Wermikulitoporyt może być stosowany jako wypełniacz do produkcji betonów termoizolacyjnych i termoizolacyjno-konstrukcyjnych lub w postaci warstwy ocieplającej przegrody wewnętrzne. Wykorzystywany jest również jako izolacja przeciwakustyczna w płytach przykryć dachowych oraz jako warstwy przegrodowe do podwyższenia ognioodporności. W Polsce wermikulit nie jest produkowany.

3.3.3.      Sztuczne kruszywa z odpadów przemysłowych poddane obróbce termicznej

3.3.3.1.              Pumeks hutniczy

Pumeks hutniczy otrzymuje się przez schłodzenie płynnego żużla wielkopiecowego ograniczoną ilością wody. Do wanny wypełnionej płynnym żużlem wtryskiwana jest woda poprzez specjalne dysze umieszczone w dnie wanny powodująca spiekanie. Otrzymane w ten sposób kruszywo jest lekkie o szarym zabarwieniu. Ziarno kruszywa jest porowate o zróżnicowanej wielkości porów (0.5 - 5 mm) otwartych.

Różnica między produkcją pumeksu hutniczego i żużla granulowanego polega na gwałtownym przebiegu chłodzenia w procesie granulacji przy żużlu, a wolniejszym przy pumeksie oraz na stosowaniu do produkcji żużli żużla wysokozasadowego.

Pumeks hutniczy był produkowany głównie w hucie im. Lenina i Pokoju. Obecnie pumeks nie jest produkowany, całość płynnego żużla jest przerabiana na żużel granulowany.

3.3.3.2.              Łupkoporyt

Łupkoporyt otrzymuje się przez spiekanie na taśmie aglomeracyjnej łupków przywęglowych, które są odpadem przy wydobywaniu węgla. Po spieczeniu łupki są kruszone. O składzie ziarnowym uzyskanego kruszywa decyduje przede wszystkim sposób kruszenia spieku.

Ziarna łupkoporytu mają zabarwienie ciemnoszare, brązowe lub są koloru ceglastego. Mają kształt nieregularny, są szorstkie, z dużą ilością otwartych porów o wymiarach od 0.06 do 1 mm. Drobne pory łączą się czasem w większe zagłębienia i kawerny (średnicy 2 - 4 mm). Zawartość składników szkodliwych jest minimalna.

Łupkoporyt jest kruszywem o dużej wytrzymałości. W Polsce istnieją dwa zakłady produkujące łupkoporyt - w Siemianowicach oraz w Knurowie.

3.3.3.3.              Popiołoporyt

Popiołoporyt otrzymuje się przez spiekanie lub wypał w piecach obrotowych popiołów lotnych pochodzących z elektrowni węglowych. Istnieje kilka metod produkcji różniących się sposobem grudkowania oraz samego spiekania i stąd jakość popiołoporytu jest różna. Grudkowanie wykonywane może być w obrotowych talerzach granulacyjnych, bębnach obrotowych, prasach ślimakowych lub walcach perforowanych. Spiekanie wykonuje się na taśmach aglomeracyjnych lub w piecach obrotowych.

W zależności od sposobu grudkowania ziarna mogą mieć kształt okrągły lub walcowy, przy znacznej ilości ziaren nieregularnych powstałych z przekruszenia spieków. Ziarna kruszywa mają barwę szarą lub ceglastą, struktura wewnętrzna jest drobnoporowata. Kruszywo jest szybko nasiąkliwe. Frakcja 0 - 16 mm. Praktycznie nie zawiera składników szkodliwych.

3.3.3.4.              Pregran

Wygląd i frakcje kruszywa Pregran

Jest to kruszywo produkowane z mieszanki popiołów lotnych i spoiw mineralnych. Do produkcji kruszywa stosowane są popioły lotne pochodzące ze spalania węgla kamiennego w Elektrowni „Skawina”, cement i domieszki. Mieszankę surowców z wodą poddaje się granulacji, a następnie autoklawizacji w temperaturze 150^oC w nasyconej parze wodnej przez 5 godzin. Po zakończeniu tego procesu kruszywo rozdzielane jest na frakcje. Może być stosowane do wykonywania betonu lekkiego zwartego konstrukcyjnego i półzwartego termoizolacyjno-konstrukcyjnego, szczególnie tam, gdzie od betonu wymagana jest zwiększona wodoszczelność i mała gęstość pozorna.

Kruszywo produkowane jest przez PPUH „Prevar” sp. z o.o. w Skawinie. Otrzymało ono aprobatę techniczną ITB nr AT-15-2634/97 ważną do 31.05.2000r.

3.3.3.5.              Pollytag

Jest to rodzaj udoskonalonego popiołoporytu, którego produkcję o nazwie Pollytag uruchomiono niedawno w Polsce na licencji holenderskiej z popiołu lotnego z dodatkiem, pyłu węglowego, bentonitu i wody. Kruszywo wytwarzane jest poprzez mieszanie składników, następnie granulowanie oraz spiekanie na ruchomym ruszcie spiekalniczym w temperaturze 800 - 1200^oC. Produkowane kruszywo posiada markę 25 i występuje we frakcjach 0.5 - 16 mm. Jest ono mocne i odporne na wpływy zewnętrzne. Występuje jako porowate ziarno w kształcie kulek o barwie jasno ceglastej.

Frakcje kruszywa Pollytag
	Struktura betonu z wykorzystaniem kruszywa Pollytag

3.3.4.      Sztuczne kruszywa z odpadów przemysłowych bez obróbki termicznej

3.3.4.1.              Żużel paleniskowy

Żużel paleniskowy otrzymuje się jako odpad przy spalaniu węgla w paleniskach:

a. rusztowych

- żużel nieprzepalony - jest wywożony bezpośrednio z kotłowni po wypaleniu się węgla i wykorzystany do produkcji kruszywa. Ma ciemnoszare zabarwienie, porowatą spieczoną  strukturę o porach otwartych. Wśród ziaren żużla występują kawałki niespalonego węgla co jest bardzo charakterystyczną cechą i stanowi podstawę do identyfikacji tego kruszywa w betonie (nie należy go stosować).

- żużel przepalony - jest to żużel paleniskowy, który po przewiezieniu na składowisko został tam poddany długotrwałemu procesowi wypalania. Podczas tego procesu zmienia się barwa żużla z szarej na ceglastoczerwoną. Niespalone kawałki węgla ulegają całkowitemu spaleniu. Procesowi przepalania towarzyszą zmiany strukturalne. Powstają bardzo twarde spieki oraz duże ilości drobnych frakcji. O formach powstałych w wyniku przepalania decyduje rodzaj węgla i rodzaje zawartych w nim minerałów.

- żużel topiony - otrzymywany jest z kotłów o specjalnej konstrukcji przy spalaniu węgla na tzw. ciekły żużel. W kotłach tych substancja niepalna doprowadzona jest do stanu plastycznego lub ciekłego.
Żużel nieprzepalony, przepalony i topiony ze względu na rodzaj wykorzystywanego surowca pochodzącego z pieców obecnie raczej nie stosowanych (stare konstrukcje) nie są produkowane lub ich udział jako kruszywo jest bardzo mały.

b. pyłowych

- żużel z palenisk pyłowych - w kotłach opalanych pyłem węglowym powstaje odpad, który można określić jako pośredni między popiołem a żużlem. Odpad ten ma większą stabilność składu w porównaniu z żużlami z palenisk rusztowych. Kruszywo to powstaje wskutek zlepiania się rozżarzonych cząsteczek pyłu poruszających się wewnątrz paleniska. Tworzą one grudki, które opadają na dno paleniska zakończonego stożkowatym wysypem. Usuwany styka się z wodą powodującą efekt zbliżony do uzyskiwanego przy spiekaniu żużli hutniczych.

Żużel jest w postaci porowatych bryłek różnej wielkości. Jego skład zależy od spalanego  węgla, warunków spalania i paliwa.

3.3.4.2.              Żużel wielkopiecowy granulowany

Ten rodzaj kruszywa otrzymuje się przez gwałtowne schłodzenie płynnego żużla wielkopiecowego. W zależności od sposobu chłodzenia żużel granulowany produkowany może być metodą suchą, półsuchą lub mokrą, a następnie jest granulowany. W Polsce stosowana jest prawie wyłącznie metoda mokra, która polega na wylewaniu płynnego żużla małym strumieniem do basenu z wodą. W ten sposób otrzymuje się materiał drobnoziarnisty (do 4 mm), mocno zeszkliwiony. Bardzo prosta technologia produkcji, niskie nakłady inwestycyjne spowodowały, że granulowanie jest jednym z podstawowych kierunków przerobu płynnego żużla we wszystkich hutach. Do przerobu na granulat stosuje się przede wszystkim żużle wysokozasadowe. Gwałtowne schłodzenie płynnego żużla powoduje otrzymywanie materiału drobnoziarnistego o strukturze szklistej. Zapobiega to występowaniu rozkładu krzemianowego. Sam granulat posiada właściwości hydrauliczne , które są wykorzystywane przy produkcji spoiw.

Z gorących żużli wysokozasadowych uzyskuje się żużel granulowany o jasnym zabarwieniu (białe, kremowe, jasnobrązowe), bardzo porowatej strukturze, niskim ciężarze nasypowym, znacznej nasiąkliwości, korzystnych własnościach hydraulicznych.

Żużle zimne po zgranulowaniu charakteryzują się natomiast ciemnym zabarwieniem (brązowe, ciemnobrązowe, czarne), strukturą zewnętrznie zbliżoną do piasku naturalnego, małą nasiąkliwością, słabymi właściwościami hydraulicznymi.

Gęstość nasypowa żużla granulowanego zawiera się w granicach 200 - 1300 kg/m³, nasiąkliwość 10 - 50 %. Zaleca się stosowanie żużla granulowanego o gęstości nasypowej w granicach 600 - 1000 kg/m³. Granulat o niższej gęstości ma zbyt małą wytrzymałość mechaniczną (lekkie ziarna ulegają rozkruszeniu podczas mieszania), a o gęstości nasypowej powyżej 1000 kg/m³ wpływa niekorzystnie na gęstość objętościową betonu bez wyraźnych efektów wytrzymałościowych.

Żużel wielkopiecowy granulowany ze względu na znaczną porowatość wymaga bardzo dużego zużycia cementu, zaleca się stosowanie mikrowypełniacza np. popiołu lotnego.

Znajduje on zastosowanie do produkcji spoiw, jako dodatek do cementów, jeden ze składników surowca do wypału klinkieru, podstawowy surowiec do produkcji cementów żużlo-siarczanowych, oraz jako kruszywo do betonów lekkich.

3.3.4.3.              Elporyt

Elporyt otrzymuje się przez rozdrobnienie żużli powstających przy spalaniu zmielonego węgla w paleniskach pyłowych elektrowni. Kruszywo to jest drobnoziarniste o uziarnieniu do 4 mm. Stosuje się je głównie jako uzupełnienie frakcji piaskowych w kruszywie typu keramzyt.

Elporyt wytwarzany jest przy elektrowni Rybnik i elektrociepłowni Siekierki w Warszawie.

3.3.4.4.              Łupkoporyt ze zwałów

Łupek otrzymuje się jako odpad przy wydobyciu węgla, jest składowany na zwałach w pobliżu kopalni. Wskutek samoczynnego lub przypadkowego zapalenia się następuje długotrwały  trwający od kilku do kilkunastu lat proces przemian termicznych. Podczas towarzyszących mu zmian zmienia barwę z ciemnoszarej na czerwoną, ceglastą lub ceglastożółtą. Struktura przepalonego łupka jest różnorodna i może występować z bardzo twardym zwięzłym pancerzem jak też zachować strukturę warstwową o dużej zawartości ziaren zwietrzałych. Łupkoporyt ze zwałów (łupek przywęglowy) jest kruszywem o właściwościach pośrednich między kruszywem lekkim i zwykłym. Jako kruszywo do betonu nie należy stosować łupków surowych nie przepalonych (mogą one pod wpływem czynników atmosferycznych ulec rozkładowi). Nie wszystkie zwały nadają się do przemysłowej eksploatacji ze względu na zbyt dużą zawartość siarki, nieodpowiednią strukturę lub zbyt duży udział łupka nieprzepalonego.

Głównym miejscem eksploatacji łupkoporytu są zwały przy kopalni Brzeszcze, a przemysłową produkcją zajmuje się zakład w Knurowie.

3.3.4.5.     Gruz ceglany

Kruszywo to otrzymuje się z rozdrobnienia porozbiórkowych murów ceglanych. Przed rozdrobnieniem na łamaczu gruzu, gruz podlega segregacji mającej na celu usunięcie obcych zanieczyszczeń aby odrzucić kawałki drewna, węgla itp.

Gruz ceglany miał istotne znaczenie jako kruszywo w pierwszych latach po wojnie. Obecnie po zaniku powojennych rumowisk, zakres zastosowania tego rodzaju kruszywa jest ograniczony.

3.3.5.      Sztuczne kruszywa z surowców mineralnych poddanych obróbce termicznej

3.3.5.1.              Keramzyt

Keramzyt otrzymuje się przez wypalanie pęczniejących glin w piecach obrotowych.
Z odpowiednio wymieszanej gliny (wraz z ewentualnymi dodatkami zwiększającymi pęcznienie) formowane są grudki za pomocą perforowanych walców lub prasy ceglarskiej z odpowiednim wylotnikiem. Istnieje również metoda umożliwiająca wyeliminowanie procesu grudkowania i odbywa się ono bezpośrednio u wlotu do pieca obrotowego za pomocą specjalnych łańcuchów. Grudki te w wyniku ruchu obrotowego pieca przybierają kształt zbliżony do kulistego lub owalnego. Mają otoczkę barwy ceglastej, oraz ciemny czerep. Po wypaleniu struktura keramzytu charakteryzuje się trzema cechami:

- 70-90 % porów jest zamkniętych, otoczonych zeszkliwioną substancją mineralną,
- w wewnętrznej części ziarna pory rozmieszczone są równomiernie, ich średnica nie przekracza 1 - 1.5 mm, przy   ogólnej porowatości dochodzącej do 70-80 %,
- ziarna mają szczelną zewnętrzną powłokę grubości około 0.5 - 1 mm, oraz regularny owalny kształt ziarna, zbliżony do kuli.

Kruszywo keramzytowe

Cechy te zapobiegają wnikaniu zaczynu cementowego. Specyficzną cechą keramzytu jest również bardzo mały udział (5-10%) frakcji 0-4 mm. Wysoka wytrzymałość ziaren powoduje że można z tego kruszywa uzyskać betony wysokich marek, dobrze urabialne, o małym zużyciu cementu oraz lżejsze niż przy zastosowaniu innych rodzajów kruszywa. Kruszywo to jest zaliczane do najlżejszych produkowanych w Polsce. Czynne są dwie wytwórnie keramzytu - w Mszczonowie i Gniewie. Zakład w Gniewie produkuje keramzyt nieco lżejszy niż ten w Mszczonowie.

Keramzyt stosowany jest głównie do betonów izolacyjno-konstrukcyjnych. Obecnie znajduje coraz szersze zastosowanie w budownictwie indywidualnym, a zwłaszcza do produkcji drobnowymiarowych elementów ściennych (pustaki).

3.3.5.2.              Glinoporyt

Glinoporyt otrzymuje się przez spiekanie gliny nie pęczniejącej na taśmach aglomeracyjnych, w piecopanwiach lub czaszach. Otrzymane spieki są kruszone. Różnica pomiędzy keramzytem a glinoporytem polega na tym, iż stosowany jest surowiec niepęczniejący, co wymusza stosowanie innej technologii produkcji. Pory w kruszywie uzyskuje się przez wypalanie paliwa (miał węglowy, trociny) dodawanego do surowej gliny oraz przez odparowanie z niej wody. Ziarna mają kształt nieregularny o różnej wielkości porów, zazwyczaj otwartych, brakuje wyraźnej spieczonej otoczki jak w keramzycie. Barwa glinoporytu w zależności od rodzaju surowca i warunków spiekania waha się od szarej do ceglastej. Wykorzystywanie zmiennych lokalnych złóż surowcowych powoduje możliwość zmiennej jakości kruszywa. Możliwe jest zanieczyszczenie marglem co przy zbyt dużej zawartości powoduje pękanie ziaren. Wytrzymałość ziarna jest przeciętna. Do produkcji glinoporytu może być stosowana większość pospolitych surowców ilastych występujących w Polsce, do których zalicza się następujące odmiany: gliny morenowe (zwałowe), pochodzenia lodowcowego, lessy, mady i namuły rzeczne oraz iły plioceńskie i starsze. Niektóre z tych surowców mogą być stosowane do produkcji cegły gorszej jakości, jednak stosując te same do wyrobu betonu lekkiego z glinoporytu otrzymujemy beton o właściwościach konstrukcyjnych oraz izolacyjnych lepszych niż dla murów z cegły. W Polsce w latach 70 stosowano metodę produkcji wg patentu W. Kowalenki. Produkcją zajmuje się tylko jeden zakład w Fabianowie. Praktyczne zastosowanie glinoporytu to głównie kruszywo na elementy drobnowymiarowe, a także uzupełnienie frakcji piaskowej w betonach z innych kruszyw lekkich (np. keramzytowych).

3.3.5.3.              Szkło piankowe granulowane

Szkło piankowe jest lekkim materiałem termo- i dźwiękoizolacyjnym, nienasiąkliwym, niepalnym, odpornym na wpływy wilgoci i działanie mikroorganizmów.

Gęstość objętościowa zawiera się w granicach 120 - 150 kg/m³, współczynnik przewodności cieplnej 0.06 [W/m × ^oC], nasiąkliwość poniżej 1.5%, jest niepalne.

Stosowane w budownictwie jako samodzielny materiał ziarnisty do izolacji cieplnej, układany luzem lub jako kruszywo do betonów. W Polsce jeszcze nie stosowane.

Zbiorcze zestawienie ważniejszych kruszyw lekkich stosowanych do wytwarzania betonów lekkich przedstawiono w tabeli 2, a w tabeli 3 zamieszczono podstawowe właściwości techniczne kruszyw lekkich wytwarzanych w kraju.

Tabela 2 - Rodzaje kruszyw lekkich

Tabela 3 - Podstawowe właściwości techniczne krajowych kruszyw lekkich