Kiviaineksen petrografinen määritys & Alkalikiviainesreaktiot. by 43 Betonin kiviainekset 2018 Jarkko Klami VTT Expert Services Oy

Transkriptio

1 Kiviaineksen petrografinen määritys & Alkalikiviainesreaktiot by 43 Betonin kiviainekset 2018 Jarkko Klami VTT Expert Services Oy

2 Kiviaineksen petrografinen määritys Standardit: SFS-EN Yksinkertaistetun petrografisen kuvauksen menettely ja terminologia SFS-EN Petrographic examination by 43 Betonin kiviainekset 2018 LIITE 3, s

3 SFS-EN Yksinkertaistetun petrografisen kuvauksen menettely ja terminologia. (by 43 L3.5.) Silmämääräisen tarkastelun perusteella tehtävä kuvaus. Tutkimuksen tekijän oltava kallioperägeologi. Apuvälineinä: stereomikroskooppi, luuppi, kovuuspiikki, sulake, magneetti ja peruskemikaalit mm. karbonaattien tunnistukseen. Soveltuu luonnonkiviainekselle (hiekka, sora ja kallionäytteet), jonka maksimi raekoko on 4 mm. Pienemmille raekokolajitteille mm. ohuthietutkimus, XRD, XRF Näytteenotto- ja näytteen edustavuus keskeinen tekijä kallio, nyrkkinäyte, ohuthie näytemäärä monimuotoisesta kalliosta useita näytteitä

4 SFS-EN Yksinkertaistetun petrografisen kuvauksen menettely ja terminologia. (by 43 L3.5.)

5 SFS-EN Yksinkertaistetun petrografisen kuvauksen menettely ja terminologia. (by 43 L3.5.) Tarkoitus: Kiviaineksen kuvaus, geologinen luokittelu ja nimeäminen. Kiven koostumus, rakenne ja syntyolosuhteet vaikuttavat mekaanisiin ominaisuuksiin mm. lujuus, iskunkestävyys, pakkasenkestävyys jne. Osana kiviaineksen tyyppitestausta. Tuotannonaikainen laadunvalvonta. Vähimmäistestaustaajuus kerran kolmessa vuodessa (by 43, taulukko 7.1.) Tarkoitus esittää arvio kiviaineksen soveltuvuudesta betonin valmistamiseen (petrografisilta osin). Ei ole tarkoitettu yksityiskohtaiseen petrografiseen tutkimukseen tiettyjä kiviainesten käyttötarkoituksia varten

6 SFS-EN Yksinkertaistetun petrografisen kuvauksen menettely ja terminologia. (by 43 L3.5.) Määritettävät ominaisuudet, mm: kivilaji(t) mineraalikoostumus tekstuuri suuntautuneisuus huokoisuus vulkaniittien rakkulaisuus väri muuttumis- ja rapautumistila pyöristyneisyys, jne

7 Ohuthiemääritys SFS-EN (by 43 L3.6) Vanha ja perinteinen tutkimusmenetelmä geologisissa tutkimuksissa. Kiviaineksesta valmistettava preparaatti, kooltaan esim. 30 x 40 mm, jonka paksuus n. 0,03 mm. Tutkitaan polarisaatiomikroskoopilla kiven läpi kulkevan valon optisia ominaisuuksia

8 Ohuthiemääritys SFS-EN (by 43 L3.6) Ohuthiemääritys tehdään kalliota edustavasta ns. nyrkkinäytteestä, poralieriönäytteestä tai vastaavasta. Voidaan luotettavasti tunnistaa mineraalit, mineraalien muoto ja mineraalirakeiden väliset tartunnat, mikrorakenteet, säröt, muuttumistulokset sekä arvioida esim. rapautumisherkkyyttä. Ohuthiemäärityksellä on mahdollisuus tunnistaa myös haitallisia mineraaleja, käytettäessä ns. kiillotettua ohuthiepreparaattia

9 Ohuthiemääritys SFS-EN (by 43 L3.6) Kiviaineksen alkutestaus edellyttää aina ohuthiemääritystä. Ohjaa edelleen tarvittaviin lisätestauksiin, esim. jäädytyssulatustestit, iskunkestävyys, jne. Ohuthiemäärityksen perusteella voidaan arvioida myös tarvetta kiviaineksen alkalireaktiivisuustestaukselle

10 Alkalikiviainesreaktio, AKR (by 43, kappale 5.3 ja L3.7) Kemiallinen reaktio, jossa betonin kiviaines reagoi betonin huokosvedessä olevien alkalihydroksidien kanssa. Reaktion tuloksena muodostuu alkaligeeliä, joka paisuu voimakkaasti veden vaikutuksesta. Paisuminen aiheuttaa sisäisiä jännityksiä ja edelleen halkeilua betonissa. Kahden tyyppistä reaktiota: alkalisilikareaktio alkalikarbonaattireaktio (selvästi edellistä harvinaisempi)

11 Alkalikiviainesreaktio, AKR (by 43, kappale 5.3 ja L3.7)

12 Alkalikiviainesreaktio, AKR (by 43, kappale 5.3 ja L3.7) Historiaa Reaktio on tunnistettu betonirakenteissa jo 1940-luvultä lähtien Yhdysvalloissa. Suomessa tehty AKR-tutkimus keskittynyt pääosin ilmiön laajuuden selvittämiseen ja AKR:n tunnistamiseen rakenteiden kuntotutkimuksissa. Suomalaisten kiviainesten alkalireaktiivisuustestauksesta on vain vähän hajanaista tietoa. Suomessa pitkään ajatus, että suomalaisessa kiviaineksessa ei ole merkittävästi alkalireaktiivisia kivilajeja / rakenteita. Maailmalla AKR-tutkimusta tehty runsaasti ja pitkään mm. Norjassa ja Ruotsissa

13 Alkalikiviainesreaktio, AKR (by 43, kappale 5.3 ja L3.7)

14 Alkalikiviainesreaktio, AKR (by 43, kappale 5.3 ja L3.7) Suomessa AKR-vauriohavainnot ovat yleistyneet 2000-luvulla. Vauriomekanismin tunnistus/tietämys yleistynyt Sekoittuu muihin vaurioihin, mm. pakkasvauriot Voimakkaan halkeilun ilmaantuminen kestää vuosia / vuosikymmeniä. Alkalikiviainesreaktio linkittyy usein myös muihin betonin säilyvyyttä heikentäviin vauriomekanismeihin

15 Alkalikiviainesreaktio, AKR (by 43, kappale 5.3 ja L3.7) Betonin halkeiluun johtanut AKR-vaurio on merkki pitkälle edenneestä reaktiosta. Johtaa betonin mekaanisten ja säilyvyysominaisuuksien heikkenemiseen. Alkalikiviainesreaktion edellytykset: tarvittava määrä reaktiivista piidioksidia kiviaineksessa sementtikiven alkalipitoinen huokosvesi jatkuvasti tai ajoittain kosteat olosuhteet, RH > 80 % Tyypillisiä vaurioituneita kohteita: sillat, uima-altaat, perustukset

16 Alkalikiviainesreaktio, AKR (by 43, kappale 5.3 ja L3.7) Euroopassa ei ole toistaiseksi harmonisoitua luokittelua alkalireaktiivisuuden osalta. Ohjeistus alkalireaktiivisuuden välttämiseksi on olemassa. Kansallisen soveltamisstandardin SFS 7003 mukaan alkalireaktiivisuutta ei saa esiintyä. (Potentiaali voidaan arvioida SFS-EN menettelyllä.) SFS-EN 12620: Alkalireaktiivisuus tulee selvittää vaadittaessa, ja jos aihetta epäilyyn

17 Alkalikiviainesreaktio, AKR (by 43, kappale 5.3 ja L3.7) Alkalireaktiivisuuden määrittämiselle useita eri menetelmiä. Ei kansallisia vaatimuksia menettelylle. by 43 taulukko 5.2 Petrografinen tutkimus ja luokittelu (ohuthietutkimus tulisi tehdä aina AKR-tutkimuksen yhteydessä) ASTM C289, kemiallinen testi laasti- ja betoniprismatestejä Menetelmien luotettavuus vaihtelee suuresti. Pitkäkestoiset prismatestit yleisesti luotettavimpia. Kiviaineksen alkalireaktiivisuutta ei voi todeta silmämääräisesti tai pelkästään ohuthiemäärityksellä => arvio potentiaalista?

18 Alkalikiviainesreaktio, AKR (by 43, kappale 5.3 ja L3.7) Suomalaisessa kiviaineksessa tavattava piidioksidi on yleensä kiteistä kvartsia, ja stabiilia. Tietyissä tilanteissa reaktioita on kuitenkin havaittu. Alkalireaktioon osallistuva epästabiili piidioksidi liittyy Suomessa tyypillisesti kivilajeihin, jotka ovat hyvin hienorakeisia (< 100 µm) ja / tai voimakkaasti deformoituneita. kvartsiitit hienorakeiset liuskeet fylliitti happamat vulkaniitit, ryoliitti myloniitit

19 Alkalikiviainesreaktio, AKR (by 43, kappale 5.3 ja L3.7)

20 Kuvapaikka (ei kehyksiä kuviin) by 43 Betonin kiviainekset 2018