Rakennustekniikka Sirpa Laakso 1

Transkriptio

1 KIVIAINES Betontekniikka / RA10S Betoni.com 2008 Sirpa Laakso 1

2 Määräyksiä ja ohjeita Betoninormit By > Betoninormit 2016 by 65 SFS-EN Betonikiviainekset SFS 7003 Betonin kiviainekset By 43 Kiviaineksien geometriset, mekaaniset, fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet ja niiden testaus. Kiviaineksien valmistus, varastointi, kuormaus ja kuljetuskalusto 65 betoninormit 2016 /113478/dp?nosto=recommended Sirpa Laakso 2

3 Betoninormit By 50 s.99 By 43 ohjeen vaatimukset täyttävä tuote täyttää CE - merkin asettamat vaatimukset Sirpa Laakso 3

4 Uusiutumaton käytetään 16 tn /vuosi/asukas > 80 milj. tn vuodessa Betonikiviaineksen osuus 10 % Kallion osuus nyt 50 % 15v.sitten 20% 1) Soravarantojen etäisyys 2) Lupa ehtojen kiristyminen soraalueille 3) Infra kohteissa laatu 4) Louhinta ja murskaustekniikan kehitys Betonikiviainekset valmistettiin 1970 luvun lopulle saakka soraharjusta seulomalla. Useiden kaupunkien ympäristössä karkeat kiviainekset valmistettiin 1980 luvulla soravarantojen riittävyyden varmistamiseksi sorakivistä murskaamalla. Sorapula paheni 1990 luvulla entisestään ja osassa Suomea karkeat kiviainekset valmistettiin kokonaan kalliosta murskaamalla. Kalliokiviainesten käyttö karkeissa kiviaineksissa lisääntyy jatkuvasti ja paine niiden käyttämiseksi hienoissa kiviaineksissa (0/4 0/8 mm) on kasvamassa. Kiviaineksen vaikutus betonin hintaan vaikuttaa betonireseptin taloudellisuuteen kolmella tavalla: 1) 2) 3) Sirpa Laakso 4

5 Kiviaineksen vaikutus betonin hintaan vaikuttaa betonireseptin taloudellisuuteen kolmella tavalla: 1) kiviaineksen hinta 2) kiviaineksen ominaisuuksien vaikutus betonireseptin vesi- ja sementtimäärään 3) kiviaineksen laatuvaihteluiden takia reseptissä oleva ylimääräinen varmuus. KIVIAINES Betonissa on % runkoainesta (kiviaines, kevytsora, masuunikuona, betonimurske) By 43 Betonin kiviainekset; 2008 Laatuvaatimukset betoniin käytettävälle ka:lle Ohjeet laadunvalvonnalle Ohjeet tasalaatuisen tuotteen tuottamiselle määritelmä on rakentamisessa käytettävä rakeinen materiaali. voi olla luonnon kiviainesta keinokiviainesta (esim. masuunikuona) uusiokiviainesta (esim. betoni tai tiilimurske). Luonnon kiviaines Kalliomurske, sora, soramurske, hiekka, filleri(kiviaines) Lähde PKV_Maa ainesseminaari :Kivi ja maa aineksen ominaisuuksien määrittäminen ja soveltuvuus eri käyttötarkoituksiin Pirjo Kuula Väisänen TTY/Maa ja pohjarakenteet Sirpa Laakso 5

6 Betoni kiviaineksen vaatimuksia Riittävän luja ja tiivis Ei vaikuta sementinreaktioon eikä huononna betonin säilyvyyttä Ei saa sisältää epäpuhtauksia Ei saa sisältää lunta, jäätä tai jäätyneitä kivipaakkuja Geometriset ominaisuudet ja vaatimukset Rakeisuus Raemuoto Hienoaines Mekaaniset ja fysikaaliset ominaisuudet Puhtaus Kiintotiheys Vedenimeytyminen Kuluminen - ja iskun kestävyys Pakkasenkestävyys Radioaktiivisuus alueilla, joissa maaperässä on todettu kohonnut radioaktiivisuus Iskunkestävyys ja nastarengaskulutuskestävyys vain sellaisissa käyttökohteissa, joissa esiintyy kyseistä rasitusta Sirpa Laakso 6

7 Sirpa Laakso 7

8 Sirpa Laakso 8

9 Rakeisuus Rakeisuudella tarkoitetaan kiviaineksen sisältäminen erisuuruisten rakeiden määrien painosuhteita. rakeiden koko / jakauma Raekokojakauma Lähde PKV_Maa ainesseminaari :Kivi ja maa aineksen ominaisuuksien määrittäminen ja soveltuvuus eri käyttötarkoituksiin Pirjo Kuula Väisänen TTY/Maa ja pohjarakenteet Sirpa Laakso 9

10 Kuivaseulonta yli 0,125 mm Sirpa Laakso 10

11 Kivianestuotteet/lajitteet Rakeisuusvaatimukset Esim: 0/8 D/d = 0 dk = 0 D = 8 2D = 16 mm 1,4D = 11,2 mm D = 8 mm d=0 mm d/2 =0 mm Sirpa Laakso 11

12 Sallitut poikkeamat by 43 Sirpa Laakso 12

13 Rakeisuusvaatimus: 2D = 32 mm 100 % ; 1,4D=22,4mm ; D/1,4 = 11,4mm 25 70% D= % d = 6 mm 0 20% ; d/2 = 3mm 0 5 % Sallitut poikkeamat: 0,125 mm +/ 2 % ; 0,25 mm +/ 3% ; d/2=3 mm +/ 5% ; d= 6mm +/ 10 % D/1,4 =11,4mm +/ 15 % ; D= 16 mm +/ 5% ; KaS 6/16 Tunnista SSr 0/1 SSr 0/8 KaM 8/16 KaS 16/32 Sirpa Laakso 13

14 Filleri 0/8 16 /32 Rakeisuuskäyrä sijainti ja muoto kuvaavat kiviainesta. Tavoite: raejakauma sellainen että rakeet pakkautuvat hyvin toistensa lomaan ja syntyy tiivis ja hyvin koossapysyvä pakkaus, jojon ei jää paljon tyhjätilaa sementtiliimalle tai ilmalle täytettäväksi Rakeisuusluku H on läpäisyarvojen summa. Mitä suurempi H on, sitä suuri?/pieni? rakeisempaa kiviaines on. Sirpa Laakso 14

15 Lähde: Kalliokiviaineksen käyttö betonissa; Tuomo Haara ; Kiviainekset kiertotaloudessa Hienoaines Kiviaineksen hienoainesmäärä määritetään pesuseulonnalla standardin SFS-EN mukaisesti Tuloksena ilmoitetaan 0,063 mm seulan läpäisevä kiviaineksen määrä Hienoaines Pesuseulonnalla määritellään alle 0,125 mm jääneestä aineksesta. 1. Kuivattu runkoainenäyte punnitaan alkupaino (a) ja kaadetaan pesuvatiin 2. Vatiin vettä muutama litra ja sekoitetaan 3. Samentunut vesi kaadetaan 1 ja 0,063 mm seulojen läpi pois 4. Näytteeseen lisätään vettä, sekoitetaan ja kaadetaan seulojen läpi pois kunnes vesi ei enää samennu Sirpa Laakso 15

16 Pesuseulonta alle 0,125 mm 5. Seuloille kertynyt aines pestään juoksuttamalla vettä läpi niin kauan, että läpivaluva vesi ei enää näytä samealta. 6. Pesuvadissa oleva karkea aines että seuloilla oleva aines yhdistetään ja kuivataan +105 asteessa 7. Kuivunut pesty näyte punnitaan (b). 8. Runkoaineen 0,063 mm seulan pesuseulonnassa läpäisevä osuus on (a-b)/a*100 Hienoaineksen enimmäismäärät / By 43 Sirpa Laakso 16

17 Kiviaineksen laadun vaihtelu vaikuttaa helposti betonin huokostukseen. Erityisesti hienoaineksen vaihtelu näkyy betonin huokostuksen ja huokosten pysyvyyden vaihteluna. Runkoaine on pakkasenkestävää, joten huokostus pastan takia > pastan määrä minimointi > suuri raekoko, raekoko jakauma hyvä Raemuoto Sirpa Laakso 17

18 Raemuoto muotoarvo (litteysluku) Murskatussa / osittain murskatussa huomioitava. Litteysluku määritellään standardin SFS-EN Kuvaa litteiden rakeiden osuutta kiviaineksesta Mitataan nk. välppäseuloilla Tuloksena ilmoitetaan litteiden rakeiden osuus prosentteina näytteen massasta Korkealujuusbetoni, itsestään tiivistyvät Tavallinen betonituotanto Ei pumpata Toisarvoiset kohteet Raemuoto noppamainen, ei pitkulainen Hyvällä muodolla suuri vaikutus betonin käsiteltävyyteen sekä sementin menekkiin Huonomuotoisella kiviaineksella esim. betonin pumppaus on haastavampaa Lähde: Kalliokiviaineksen käyttö betonissa; Tuomo Haara ; Kiviainekset kiertotaloudessa Sirpa Laakso 18

19 Mekaaniset ja fysikaaliset ominaisuudet Puhtaus Kiintotiheys Vedenimeytyminen Kuluminen - ja iskun kestävyys Pakkasenkestävyys Puhtaus Ei saa olla: Humusaineita ( kasvi- ja eläin kunnan lahoamisjätteet) > estää betonin kovettumisen Klorideja > teräskorroosio Rautapitoisuus(rautasulfidi) > kellastuminen, ruosteläiskiä Sokeria > estää betonin kovettumisen Öljy > ilmaa Sulfaatti (happoliukoiset)> heikentää tuoreen betonin työstettävyyttä, sulfaattikorroosion vaara Humuspitoisuus määritellään humuskokeella ta säilytetään 3% lipeäliuoksessa (natriumhydroksidi) 24h > humus värjää liuoksen tummaksi ja tummuuden perusteella humuspitoisuus > suuntaa antava Standardi SFS-EN Sirpa Laakso 19

20 Kloridi SFS-EN :1998 luku 7 vesiliukoisena kloridina oltava alle 0,02% Rautapitoisuus alle 0,5% Sulfaatti SFS-EN :1998 luku 2 Kiintotiheys Kiintotiheys keskimäärin 2,68 Mg/m3 = 2680 kg /m3 Betonin kiviaineksen tiheytenä käytetään vedellä kyllästetyn ja pintakuivan kiviaineksen tiheyttä Standardi SFS Tiheys kasvaa lujuuden kasvaessa Huonoja ovat hauraat, huokoiset ja rapautuvat kiviainekset Kiintotiheys Sirpa Laakso 20

21 Vedenimu eli absorptio /Vedenimeytyminen SFS EN Absorboitunut vesi on vettä, joka on imeytynyt ka:n avoimiin pintahuokosiin rapautuneisuus lisää pintahuokoisuutta normaali rapautumaton ka:n vedenimukyky on noin 0.3 0,5 % Jonkin verran rapautunut 1 1,5 Sirpa Laakso 21

22 Esimerkki: Normaali kiviaines: vedenimeytyminen 0,3 % Jonkin verran rapautunut: kiviaines, vedenimukyky 1 % Betonissa kiviainesta 1750 kg/m 3 Saman työstettävyyden saavuttamiseksi kiviaines, jonka vedenimeytyminen on 1 % vaatii 12 l/m 3 enemmän vettä verrattuna kiviainekseen, jonka vedenimeytyminen on 0,3 0,3 % *1750 kg/m3= 5,25 l /m3 1 % *1750 kg/m3 = 17,50 l /m3 Kosteuspitoisuus Kiviaineksen kosteus määritettävä SFS-EN mukaisesti Sirpa Laakso 22

23 Pakkasenkestävyys Jos vedenimeytyminen alle 1% - Jäädytys-sulatus rasituksen kestävä Jos yli 1% määritetään jäädytyssulatuskestävyys standardin SFS-EN :1999 liitteen B mukaisesti Alkalikiviainesreaktio Etelä-Suomen silloissa Jukka Lahdensivu, tekn. toht. David Husaini, tekn. kand. Tampereen teknillinen yliopisto, Rakenteiden elinkaaritekniikka Betonin alkalikiviainesreaktio Betonin rapautumista aiheuttavista tekijöistä alkalikiviainesreaktio (AKR) tunnetaan Suomessa varsin huonosti. Yleisesti uskotaan, että Suomessa ei alkalikiviainesreaktiota esiinny ja että kiviaines on fysikaalisesti, mekaanisesti ja kemiallisesti lujaa ja kestävää. Alkalikiviainesreaktio (AKR on kemiallinen reaktio, joka tapahtuu tiettyjen kiviaineksessa olevien mineraalien ja sementtikiven huokosveden sisältämien alkalien (Na+ and K+) ja hydroksyyliionien (-OH) välillä. Nämä reaktiot tapahtuvat yleensä tiettyjen amorfisten, heikosti kiteytyneiden tai epätasapainossa olevien kiteisten piidioksidin kanssa hyvin alkalipitoisessa liuoksessa. Sirpa Laakso 23

24 Päätelmiä Alkalikiviainesreaktio ei Suomessakaan ole enää täysin tuntematon ilmiö. Myös suomalainen kiviaines reagoi korkeassa kosteus- ja alkalipitoisuudessa rapauttaen betonia. Reaktion esiintymistä edesauttaa suomalaisen sementin varsin korkea alkalisuus sekä Portland-sementin suuri käyttö vanhoissa rakenteissa. Reaktiot ovat kuitenkin erittäin hitaita johtuen varsin kylmästä ilmastosta ja siitä, että betonirakenteet pääsevät välillä myös kuivumaan. Ilmaston muuttuessa tulevaisuudessa nykyistä sateisemmaksi voidaan ennustaa myös alkalikiviainesreaktiohavaintojen lisääntyvän samaan aikaan ikääntyvän siltakannan kanssa Iskunkestävyys ja nastarengaskulutuskestävyys vain sellaisissa käyttökohteissa, joissa esiintyy kyseistä rasitusta Kuulamyllyarvo Radioaktiivisuus uk/tiedotteet/2 003/fi_FI/news _300/ Sirpa Laakso 24

25 Radioaktiivisuus Tutkittava aina, yleinen ongelma Suomessa Raja-arvona aktiivisuusindeksi talonrakentamisessa I 1 < 1 Jos >1, kelpoisuus osoitettava laskelmin, laskelmat STU Lähde: Kalliokiviaineksen käyttö betonissa; Tuomo Haara ; Kiviainekset kiertotaloudessa Lajittuminen Likaantuminen Käsittely ja varastointi Jatkuva laadunvalvonta Vastaanottotarkastus Sirpa Laakso 25