Ilmavaivaista betonia?

Transkriptio

1 Ilmavaivaista betonia? Notkistimien ja huokostimien yhteistoiminta Betonirakentamisen laatukiertue 2018 Jouni Punkki Professor of Practice Aalto-yliopisto, Betonitekniikka

2 Sisältöä P-lukubetoni Betonin ilmamäärä, kehitys vuosien aikana Betonikriisi 2016 Robust Air-projekti Aallossa Keinot korkeiden ilmamäärien välttämiseksi Betonin tiivistämisestä, Good Vibrations-projekti 2

3 P-lukubetoni Lyhyt kertaus Liikenneviraston pakkasenkestävyysmenettely betonirakenteille (infra-rakenteet) Noudatetaan joko P-lukumenettelyä tai EN206 (BY65) Kehittänyt Seppo Matala 80-luvun lopulla, 90luvun alussa Analogia: K-lujuus ja P-luku Perustuu hyvin laajaan koeaineistoon Menetelmää päivitetty jatkuvasti Betonin pakkasenkestävyyteen vaikuttavat: Betonin suhteitus Tuoreen betonin ilmamäärä Rakenteen jälkihoito Betonin pakkasenkestävyys tiedetään jo valettaessa Liikennevirasto, Otto Virtanen 3

4 P-lukubetoni Periaate 1. P-luku suhteitustietojen perusteella - v/s-suhde - Ilmamäärä - Seosaineet - Hienoainesmäärä 2. Ennakkokokeet - Varmistetaan betonin valettavuus ja myös pakkasenkestävyys 3. Tuoreen betonin ilmamäärä - Rajoitus myös maksimi ilmamäärälle 4. Rakenteen jälkihoito - Perusolettamuksena 7 vrk kostea jälkihoito 5. Rakenteen lujuuden toteaminen P$luku ILMA.6% ILMA.5% ILMA.4% ILMA.3% ILMA.2% ,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 Vesi$sementtisuhde 4

5 Betonin ilmamäärä Kehitys vuosien aikana Pitkään ongelmana oli ilman pysyvyys sekoituksen jälkeen Aikaisemmat notkistavat lisäaineet; melamiinit ja naftaleenit Onko betonissa riittävästi ilmaa, häviääkö ilma kuljetuksen aikana? Uudet notkistimet markkinoille reilut 10 vuotta sitten Polykarboksylaattipohjaiset notkistimet Lisäävät luonnostaan betonin ilmamäärä ja siten lisätään vaahdonpoistajaa Markkinoille tulon jälkeen oli joitakin ongelmia Tilanne kuitenkin tasoittui ja ongelmia ei juurikaan havaittu Määräykset suosivat korkeaa ilmamäärää Myös P-luku: Edullisin tapa saavuttaa vaadittava P-luku Laadunvalvonta silta/rakennuspaikalla ei toiminut 5

6 Betonin ilmamäärä Kehitys vuosien aikana Lähde: Liikennevirasto. Betonisiltojen lujuustutkimukset 2018 Kovettuneen betonin ilmamäärä, % 16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% Ilmamäärän kehitys y = 8E-06x - 0,2665 R² = 0,2446 0% Sillan valmistusajankohta 6

7 Betonikriisi

8 Betonin kohonneet ilmamäärät Betoniasema: 6% vs. Rakenne: 10%+ 1% ilmaa vastaa noin 5% lujuudessa Betonin suojahuokostus ei ole ollut riittävän stabiili Lisäaineiden kehittyminen Polykarboksylaattipohjaiset notkistimet ja niiden vaahdontappajat, synteettiset huokostimet Betonin ominaisuudet Betonin notkeus Betonin koostumus, sideainemäärä Työmaatoiminnot 8

9 Robust Air Tilaustutkimus Aalto-yliopistossa Tavoitteet: Varmistaa betonin suojahuokostuksen stabiilisuus Vaatimukset betonimassalle jotta riittävän stabiili suojahuokostus voidaan saavuttaa Rahoittajat: Liikennevirasto Betoniteollisuus r.y., VB-jaosto SBK-Säätiö BASF Oy Oy Sika Finland Ab Finnsementti Oy Semtu Oy GCP Applied Technologies Mapei Oy Ha-Be Rudus Oy Ruskon Betoni Oy Lujabetoni Oy 9

10 Robust Air Sisältöä Betonikokeet: Tutkittiin betonin omaisuuksien vaikutuksia: Betonilaatu: 2 erilaista Sementti: 3 laatua Kiviaineksen max.raekoko, 8 / 16 mm Betonin notkeus: F5 ja S3 Kaikki kokeet samoilla lisäaineilla Lisäainekokeet: Tutkittiin 7 toimittajan lisäaineyhdistelmiä (notkistin & huokostin). Betonin koostumus vakio, ainoastaan lisäaineiden annostuksia säädetään 10

11 Robust Air Ilmamäärä ajan funktiona 11

12 Robust Air Betonin notkeuden vaikutus Notkeudella merkittävä vaikutus ilmamäärän muutoksiin Sekoitusaika vaikuttaa olennaisesti, ongelmia lyhyillä sekoitusajoilla 12

13 Betonin ilmamäärän muutokset Ilmamääräpotentiaali 1. Kullakin betonilla on Ilmamääräpotentiaali (maks. ilmamäärä) Ilmamääräpotentiaali Lisäaineista (notkistin ja huokostin) Betonin koostumuksesta, sementtityypistä Betonin notkeudesta 2. Tarvitaan varsin tehokas sekoitus, jotta Ilmamääräpotentiaali voidaan saavuttaa jo varsinaisen sekoituksen aikana 5 min ei riittänyt laboratoriosekoittimella (riippuu sekoittimesta) 3. Mikäli Ilmamääräpotentiaalia ei saavuteta varsinaisen sekoituksen aikana, riskinä on ilmamäärä nouseminen - Autossa kuljetuksen ja odotuksen aikana - Pumppauksen ja valun aikana 13

14 Betonin ilmamäärän muutokset Ilmamääräpotentiaali Ilmamäärä Ilmamääräpotentiaali Lyhyt sekoitusaika, korkea huokostinannostus Ilmamääräpotentiaali Pitkä sekoitusaika, matala huokostinannostus Sekoitus työmaalla Aika

15 Miten pidetään ilmamäärät hallinnassa 1. Betonin valmistaja tuntee betoninsa ja kalustonsa Riittävän pitkä sekoitusaika, vähintään 90 s, riippuu kuitenkin sekoituskalustosta Tunnetaan miten ilmamäärä muuttuu esim. pitkillä kuljetusmatkoilla 2. Ei tavoitella turhan korkeita ilmamääriä Esimerkiksi max. 5% betoniasemalla, max. 6% työmaalla Hyvä pakkasenkestävyys mieluummin v/s-suhteen avulla Vaatimuksia tulee myös päivittää 3. Laadunvalvonta Laadunvalvontaa myös silta-/rakennuspaikalla 15

16 Betonin tiivistäminen Tilaustutkimus:Good vibrations Porakoekappaleiden tiheydet jää joskus reilusti tuoreen betonin tiheydestä ( kg/m 3 ) Ongelmia betonin tiivistyvyydessä? Eritysesti, kun alhainen v/s-suhde ja korkea notkistinannostus (=kittimäinen betoni) Nykyinen ohjeistus tiivistyksestä ei välttämättä ajan tasalla Tiivistystarve riippuu betonin koostumuksesta Projektin tavoitteena selvittää: 1. Betonin koostumuksen vaikutukset ongelman esiintymiseen 2. Tarvittava tiivistysteho erilaisilla betonin koostumuksilla 16

17 Tilaustutkimus Good vibrations Muuttujat: Betoniresepti Pääosin P-lukubetoneita Lisäaine, tehonotkistin (3 kpl) Betonin notkeus (3 tasoa) Kiviaines YHTEENSÄ n. 20 betonia 200 s/m³ 6 * 2,5 s s/m³ 6 * 2,5 s 400 s/m³ 6 * 5 s 800 s/m³ 6 * 10 s Tärytysteho (4 variaatiota) Tärysauva (2 erilaista)

18 Esimerkkejä tiheyskartoista Notkea huokostettu betoni (C35/45-P50) Painuma: 185 mm Betoni alkaa erottumaan pidemmillä tärytysajoilla GV-10 Lab. Koekappaleiden tiheys = 2246 kg/m3 200 s/m³ 200 s/m³ 400 s/m³ 800 s/m³ 6 * 2,5 s - 6 * 2,5 s 6 * 5 s 6 * 10 s Huokostamaton betoni (C35/45) Painuma: 160 mm Ei merkittävää erottumista GV-05 Lab. Koekappaleiden tiheys = 2401 kg/m3 200 s/m³ 200 s/m³ 400 s/m³ 6 * 2,5 s - 6 * 2,5 s 6 * 5 s 800 s/m³ 6 * 10 s

19 Good Vibrations Alustavia tuloksia / havaintoja Huokostetut ja huokostamatomat käyttäytyvät aika eri tavoin Ongelmat huokostetuilla betoneilla Tärysauvat / tärytys on yllättävän tehokasta, tarvittavat tärytysajat ovat lyhyitä Jos massa saadaan autosta, se kyllä saadaan tiivistettyä Ilman poistuminen betonista on hidasta, n. 2 3 cm/s Hyvä pintalaatu edellyttäisi pitkää tärytysaikaa Valukerroksen paksuus ei voi olla suuri (huokostettu betoni) Erottumisen riski on olemassa Käytännössä pitäisi täryttää useasta kohtaa lyhyitä aikoja 19

20 Ilmakuplien nousunopeus 5 Ilmakuplien arvioitu nousunopeus tärytyksen aikana Nousunopeus (cm/s) P-lukubetonit Betonin painuma (mm) Huokostamattomat betonit 20

21 Kiitos Kysymyksiä?