Määritelmä. Betonin osa aineet Sementti Rakennustekniikka Sirpa Laakso 1

Transkriptio

1 maailman yleisin sideaine? Sementin pääraaka ainetta, kalkkikiveä, esiintyy kaikissa maanosissa ja melkein kaikissa maissa. klinkkeri koostuu pääasiallisesti viidestä alkuaineesta: hapesta (O), piistä (Si), alumiinista (AI), raudasta (Fe) ja kalsiumista (Ca). Ne ovat myös maankuoren viisi yleisintä alkuainetta. Määritelmä on hydraulinen sideaine, joka veden kanssa reagoidessa muodostaa niin veden alla kuin ilmassa kovan kestävän lopputuotteen. Sementin valmistus opas.pdf Sirpa Laakso 1

2 Sirpa Laakso 2

3 standardi standardi SFS-EN määrittelee tavallisten sementtien koostumus- ja laatuvaatimukset sekä vaatimustenmukaisuuden ehdot. Tavallisten sementtien valmistuksessa käytetään portlandklinkkeriä ja seosaineita. SFS-EN sementin määritelmä Standardi ryhmittelee sementit viiteen päälajiin niiden koostumuksen perusteella: 1. CEM I Portlandsementti 2. CEM II Portlandseossementti 3. CEM III Masuunikuonasementti 4. CEM IV Pozzolaanisementti 5. CEM V Seossementti Sirpa Laakso 3

4 Päälajit jaetaan edelleen eri sementtilajeihin käytetyn seosaineen ja seosainemäärien perusteella. Standardi käsittää yhteensä 27 erilaista sementtilajia. Standardi tuntee sementin seosaineena masuunikuonan kalkkikiven silikan pozzolaanit lentotuhkan poltetun liuskeen masuunikuonan (S), kalkkikiven (Ltai LL), silikan (D), pozzolaanit (P tai Q), lentotuhkan (V tai W) ja poltetun liuskeen(t). Puristuslujuus Sirpa Laakso 4

5 en merkitseminen Finnsementti Oy:n rakennussementit en merkitseminen Uuden standardin mukaan rakennussementit tulee yksilöidä vähintään CEM II/A M (S LL)42,5 N 1. lajin tunnuksella (sis. seosaine tunnuksen) 2. Lujuusluokkaa kuvaavalla luvulla 3. Varhaislujuutta kuvaavalla kirjaimella en merkitseminen CEM II/B sisältävät portlandklinkkeriä ja % seosaineita masuunikuonan (S), kalkkikiven (Ltai LL), silikan (D), pozzolaanit (P tai Q), lentotuhkan (V tai W) ja poltetun liuskeen(t). N tarkoittaa normaalia varhaislujuutta ja R korkeaa varhaislujuutta. Sementin sitoutumisaika on aika vedenlisäyksestä siihen hetkeen, jolloin sementtipasta saavuttaa tietyn Finnsementti Oy:n jäykkyyden ( SFS 3167) rakennussementit Sirpa Laakso 5

6 CE-merkintä Sementin ominaisuudet Sementeillä on lujuuden lisäksi useita ominaisuuksia, joilla on merkitystä betonituotteiden valmistuksessa: 1. kemiallinen koostumus sekä seos- ja lisäaineet 2. sementin reaktiot veden kanssa 3. sitoutuminen 4. lujuudenkehitys 5. hienous/veden tarve 6. kiinto- ja irtotiheys 7. lämmönkehitys 8. tilavuuden pysyvyys 9. kemiallinen kestävyys 10. väri 11. lämpötila 12. säilyvyys Sirpa Laakso 6

7 Sementin reaktiot veden kanssa Sementin tärkein ominaisuus on sen kyky reagoida veden kanssa liimaksi, josta muodostuu veteen liukenematon materiaali. Betonissa tätä kovettunutta sementtiliiman osuutta kutsutaan usein sementtikiveksi Sementin reagoidessa veden kanssa reagoivat klinkkerimineraalien aluminaattiyhdisteet ensin. Jotta reaktio ei tapahdu heti veden lisäyksen jälkeen, on sementtiin lisätty kipsiä, mikä hidastaa aluminaatin reaktioita antaen massalle sopivan työstöajan. Sementin sitoutuminen Kipsilisäyksellä varmistetaan sementille sopiva sitoutumisaika. Standardin SFS-EN : Lujuusluokan 52,5 sementtien alkusitoutumisajan tulee olla vähintään, Lujuusluokan 42,5 vähintään ja Lujuusluokan 32,5 vähintään > Sementin sitoutumisaika riippuu myös lämpötilasta. > Kovettuminen eli varsinaiset lujittumisreaktiot alkavat sitoutumisen päätyttyä eli noin tunnin kuluttua ja jatkuvat käytännössä niin kauan kuin hydratoitumiseen osallistumiskykyistä vettä on käytettävissä Kipsilisäyksellä varmistetaan sementille sopiva sitoutumisaika. Standardin SFS-EN : Lujuusluokan 52,5 sementtien alkusitoutumisajan tulee olla vähintään 45 min, Lujuusluokan 42,5 vähintään 60 min ja Lujuusluokan 32,5 vähintään 75 min Sirpa Laakso 7

8 Sitoutumisaika Lämpötila Nyrkkisääntönä voidaan sanoa, että reaktionopeus kaksinkertaistuu eli sitoutumisaika lyhenee puoleen, mikäli lämpötila kohoaa 10 C:tta. Sitoutumisvaiheessa ( vaihe C ) olevaa betonia ei saa enää täryttää, sillä silloin jo muodostunut heikko sementtikivi rikkoutuu ja seurauksena voi olla huomattava lujuuden kato. > noin 2 tunnin päästä Kovettuminen eli varsinaiset lujittumisreaktiot alkavat sitoutumisen päätyttyä eli noin 4 6 tunnin kuluttua ja jatkuvat käytännössä niin kauan kuin hydratoitumiseen osallistumiskykyistä vettä on käytettävissä SITOUTUMISAIKA Aika veden lisäyksestä siihen hetkeen, jolloin standardipasta saavuttaa tietyn jäykkyyden (standardin SFS-EN mukaan määriteltynä). Sirpa Laakso 8

9 SEMENTTIRAKEEN REAGOIMINEN Sementin kalsiumsilikaatit reagoivat veden kanssa muodostaen joidenkin minuuttien aikana sementtirakeen ympärille kalvon, joka koostuu ensisijaisesti kalsiumsilikaattihydraateista (CaO)x (SiO2)y (H2O)z. Tämän jälkeen näkyviä reaktioita ei tapahdu noin tuntiin. Tässä vaiheessa massa pysyy notkeana ja valettavana kalsiumsilikaatteja kalsiumsilikaattihydraatteja kalsiumhydroksidia 25 Lujuuden kehitys en puristuslujuus testataan standardin SFS-EN mukaisesti 40 x 40 x 160 mm:n kokoisilla laastiprismoilla. Laastin vesisementtisuhde on 0,50 ja koekappaleet säilytetään + 20 C:n lämpötilassa vedessä. Sirpa Laakso 9

10 LS4 Betonin lujuuskehitys eri lämpötiloissa Vesi-sementtisuhde Sementin lujuuden kehitys riippuu voimakkaasti betonin vesisementtisuhteesta W= v/s V on vesimäärä paino- osin S on sementtimäärä paino-osin Täydellinen hydratoituminen W= 0,25 + geelihuokosissa noin 15 % = % vettä sementin painosta Kovettuneessa sementissä (sementtikivessä) on vettä sitoutunut kemiallisten yhdisteiden molekyyleissä geelihuokosten pinnalle adsorpoituneena kapillaarihuokosiin imeytyneenä Sirpa Laakso 10

11 Slide 28 LS4 ESIMERKKI jäätymislujuus ja syysvalu Laakso Sirpa;

12 Vesisementtisuhde ja puristuslujuus Hienous / Vedentarve Hienous Sementin hienous arvioidaan yleensä sen ominaispinta alan mukaan ilman läpäisevyyden perustuvilla menetelmillä. Suomalaisten rakennussementtien hienous vaihtelee kaikki sementtityypit mukaan lukien m2/kg (Blaine) välillä. Mitä hienompaa Enempi reaktiopinta alaa Ja tämä lyhentää sitoutumisaikaa Nopeuttaa sementin hydrataatioreaktiota > Nopeuttaa sementin lujuudenkasvua sekä lämmöntuottoa Lisää vedentarvetta määrätyn notkeuden saamiseksi Lämmönkehitys Lämmönkehitykseen Vaikuttavat sementin kemiallinen koostumus ja hienous. Lämpöä kehittyy sementin hydrataatioreaktiosta samassa suhteessa kuin lujuudenkehitys etenee. Massiivinen betonirakenne Halkeiluriski vähän lämpöä tuottavaa sementtiä korvataan osa kuonalla kylmän massan käyttö Jäähdytysputkisto Betonin lämmittäminen ulkoapäin + talvibetonointi Sirpa Laakso 11

13 Kiinto- ja irtotiheys Sementin kiintotiheys on noin kg/m3 Sementin irtotiheys kg/m3 riippuen sementtilaadusta ja pakkausasteesta. Mitä suurempi ominaispinta-ala sementillä on, sitä pienempi on sen irtotiheys. Kemiallinen kestävyys Sementin sulfaatinkestävyys riippuu suurimmaksi osaksi sementin trikalsiumsilikaatti pitoisuudesta. Suomessa sementti katsotaan sulfaatinkestäväksi, mikäli se on valmistettu klinkkeristä, jonka C 3 A- pitoisuus on korkeintaan 3 %. Mitä pienempi pitoisuus, sitä kestävämpi tuote. Tilavuuden pysyvyys Sirpa Laakso 12

14 Sulfaatinkestävyys Vapaa kalkki laajeneminen Magnesium laajeneminen Sirpa Laakso 13

15 CE-merkintä Suomen rakentamismääräyskokoelman B4:Betonirakenteet -osan mukaan rakennusluvanvaraisissa kantavissa ja säänkestävyyttä vaativissa betonirakenteissa tulee käyttää CE-merkittyjä sementtejä. CE-merkinnän saaminen edellyttää sementtien tuotesertifiointia, jossa ns. arviointilaitos varmentaa sementtien täyttävän standardin SFS-EN vaatimukset. Tuotteen tulee täyttää standardissa asetetut vaatimukset niin alkutestauksessa, jatkuvassa tuotannossa kuin pistokoenäytteissäkin Kromiyhdisteitä >allergiaoireita > kromaattipitoisuus alle 2 ppm * passivoidaan rautasulfaatilla VARASTOINTI PELKISTYSKYKY SÄILYY VÄH. 3 KK KUIVA JA TASALÄMPÖINEN TILA Sirpa Laakso 14

16 pdf Betonin lujuus riippuu monesta seikasta: sementin laatu sementin määrä vesisementtisuhde runkoaineen laatu ja rakeisuus massan kovettumisikä kovettumislämpötila seosaineet lisäaineet veden laatu massan tiivistys Sirpa Laakso 15