Rakennussementit. Betonilaborantti ja -myllärikurssi Otaniemi, Espoo. Sini Ruokonen. Finnsementti OY

Transkriptio

1 Rakennussementit Betonilaborantti ja -myllärikurssi Otaniemi, Espoo Sini Ruokonen Finnsementti OY

2 SISÄLTÖ Sementin valmistus Sementtityypit Sementit ja seosaineet eri käyttökohteisiin Sementit ja työturvallisuus 1/9/2019

3 Sementin valmistus 1/9/2019

4 Sementin valmistus Kalkkikivien louhinta, murskaus ja raakajauhatus Portlandklinkkerin poltto Sementin jauhatus

5 Kalkkikiven louhinta

6 Sementin valmistus Avolouhos, 70 ha Murskaimet yli 200 m syvyydessä Pituus 3 km, leveys 0,5 km Toiminta aloitettu 1898

7 Esihomogenisointi

8 Esihomogenisointi

9 Esihomogenisointi

10 Raakajauhatus

11 Raakajauhatus (klinkkerin raaka-aineet) Normaali kalkkikivi (Ca, Si) % Korkea kalkkikivi (Ca) % Kuona (Ca, Si, Al) 0-3 % Lentotuhka (Si, Al, Fe) 1-3 % Rautalähde (Fe) 0-4 % Mineraalijäte 0 2 %

12 Raakajauhatus (klinkkerin raaka-aineet) Raakajauheen koostumus Kalkkistandardi 97,5 Silikaattimoduuli 2,70 Aluminaattimoduuli 1,30 CaStd 2,8SiO 2 CaO 1,18Al2O 3 0,65Fe2O 3 *100 SiM SiO 2 Al2O3 Fe2O 3 AlM Al2O Fe2O 3 3

13 Esilämmitys ja klinkkerin poltto

14 Esilämmitys

15 Klinkkerin poltto

16 Klinkkerin poltto Kalsinointi 860 C CaCO3 => CaO + CO2 kalsiumkarbonaatti hajoaa kalsiumoksidiksi ja hiilidioksidiksi Sulan muodostuminen 1100 C Fe2O3 ja Al2O3 rautaoksidi ja alumiinioksidi Beliitin ja aluminaattien muodostuminen 1100 C 2 CaO + SiO2 => (CaO)2*SiO2 beliitti 3 CaO + Al2O3 => (CaO)3* Al2O3 aluminaatti 4 CaO + Al2O3 + Fe2O3 => (CaO)4* Al2O3 *Fe2O3 aluminaattiferriitti Aliitin muodostuminen 1400 C CaO + (CaO)2*SiO2 => (CaO)3*SiO2 aliitti Nopea jäähdytys 200 C

17 Sementin jauhatus

18 Sementin raaka-aineet Klinkkeri % Kipsi 2-4 % Kalkkikivi 2-15 % Kuona 0-30 % Ferro- eli rautasulfaattia tarvitaan estämään kromi-ihottumaa

19 Sementin jauhatus

20 Kertaukseksi Louhitaan kalkkikivi Raakajauhetaan Poltetaan klinkkeri Jauhetaan sementti

21 Finnsementin sideaineet Plussementti CEM II/B-M (S-LL) 42,5 N Rapidsementti CEM II/A-LL 42,5 R Rapidsementti CEM II/A-LL 52,5 N, Lappeenranta Pikasementti CEM I 52,5 R SR-sementti CEM I 42,5 N - SR 3 Valkosementti CEM I 52,5 R SR 5 KJ 400 (kuonajauhe) Raahe Parmix-Silika

22 Sementtityypit 1/9/2019

23 Sementtityypit Päälajit CEM I Portlandsementti CEM II Portlandseossementti CEM III Masuunikuonasementti CEM IV Pozzolaanisementti CEM V Seossementti Standardilujuusluokat (28 vrk) 32,5 MPa 42,5 MPa 52,5 MPa Varhaislujuuden tunnukset Lᵃ alhainen varhaislujuus N normaali varhaislujuus R nopea varhaislujuus Seosaineiden tunnukset S masuunikuona L kalkkikivi (orgaaninen hiili 0,50%) LL kalkkikivi (orgaaninen hiili 0,20%) D silika P, Q pozzolaanit V, W lentotuhka T poltettu liuske

24 Sementtityypit Plussementti CEM II B-M (S-LL) 42,5 N CEM II Portlandseossementti B Seosainemäärä % M Mix (sisältää useampaa seosainetta) S Masuunikuona LL Kalkkikivi (orgaaninen hiili 0,20 %) 42,5 Loppulujuus 42,5 MPa 62,5 Mpa N Normaali varhaislujuuden kehitys SR-sementti CEM I 42,5 N CEM I Portlandsementti 42,5 Loppulujuus 42,5 MPa 62,5 Mpa N Normaali varhaislujuuden kehitys

25 Sementit ovat CE-merkittyjä Sementtistandardi EN Sementtien tuotesertifiointi Varmennuslaitos mm. Inspecta Tuotannon ja laadunvalvonnan tarkastus Useita tarkastusnäytteitä Jauhatusnäytteet, sementtituotannon aikana Uloslastausnäytteet, sementin noudon aikana Laadunvalvonnan valvonta, arviointi ja hyväksyminen Laatutietojen tilastollinen laskenta

26 Laatuinformaatio

27 Betonin 7 vrk lujuus eri lämpötiloissa

28 Betonin 28 vrk lujuus eri v/s-suhteilla

29 Sementin muut ominaisuudet Sitoutumisaika Hienous Lämmönkehitys Sulfaatinkestävyys Tilavuudenpysyvyys Väri

30 Sementin hienous Ominaispinta-ala (Blane-arvo) m 2 /kg Suuri ominaispinta-ala Reaktionpinta-alan kasvu Sitoutuminen ja alkulujuudenkehitys nopeutuu A = 4πr 2

31 Sementin hienous betonissa Betonin vedentarve ja työstettävyys Karkea sementti m 2 /kg Pieni vesimäärä Hitaampi sitoutuminen Hieno sementti > 500 m 2 /kg Tarvitaan suurempi vesimäärä, jotta riittävä notkeus saavutetaan Sitoutuminen nopeaa Lisäaineet, resepti ja klinkkerikemia vaikuttavat myös betonin työstettävyyteen

32 Sementin väri Raaka-ainepohja vaikuttaa sementin väriin voimakkaimmin Klinkkerin rautapitoisuus Valkosementti Vaalein, ei sisällä rautaa ollenkaan Jauhatus tehdään keraamisilla kuulilla SR-sementti Tummin

33 Sementit ja sideaineet eri käyttökohteisiin 1/9/2019

34 Nopeita sementtejä viileissä olosuhteissa Betonin alkulujuuden kehitykseen vaikuttaa Sementin varhaislujuus Betonin v/s-suhde Betonin ja ympäristön lämpötila Ulkolämpötilan laskiessa +5 asteeseen, on syytä käyttää nopeasti kovettuvaa betonia

35 Lämpötila Lujuus Nopeita sementtejä viileissä olosuhteissa Esimerkki 200 mm holvi, C25/30 Ulkoilman lämpötila +5 astetta Betonin lämpötila +20 astetta CEM II B-M 42,5 N 10 CEM II B-M 42,5 N

36 Lämpötila Lujuus Nopeita sementtejä viileissä olosuhteissa Esimerkki 200 mm holvi, C25/30 Ulkoilman lämpötila +5 astetta Betonin lämpötila +20 astetta CEM II B-M 42,5 N CEM II A LL 42,5 R CEM II B-M 42,5 N CEM II A LL 42,5 R

37 Matalan lämmöntuoton sideaineita massiivirakenteisiin Sementin hydrataatioreaktiot tuottavat lämpöä betoniin Betonin lämpötilan noustessa yli 60 asteeseen, betonin lujuuden kehitys häiriintyy ja osa lujuudesta jää saavuttamatta Lujuuskato Betoni laajenee lämmetessään, jolloin suuret lämpötilaerot rakenteen eri osien välillä aiheuttavat rakenteeseen vetojännityksiä Halkeiluriski Rakenteen lämmönkehitystä on syytä tarkkailla, kun rakenteen kapein kohta 1000 mm ja betonin v/s-suhdevaatimus 0,50 Paksut pohjalaatat, paksut holvit, paksut pilarit, sillan kannet yms.

38 Matalan lämmöntuoton sideaineita massiivirakenteisiin 80 Esimerkki 1500 mm pohjalaatta C35/45 V/s-suhde 0, Rapidsementti CEM II A-LL 42,5 R Plussementti CEM II B-M 42,5 N Plussementti CEM II B-M 42,5 N ja tuhka Plussementti CEM II B-M 42,5 N ja kuona

39 Kemialliset rasitukset Sulfaattirasitus Hydratoitunut aluminaatti (C3A) muodostaa sulfaattien kanssa etringiittiä, joka paisuttaa betonia Sulfaatinkestävyys ei ole sama asia kuin kemiallinen kestävyys! Happorasitus Betoni on hyvin emäksistä (ph 12-13). Erilaiset hapot laskevat betonin ph:ta ja rapauttavat betonin pinnasta sementtikiveä ja siten edelleen runkoaineita

40 SR-sementtiä sulfaattirasitusta vastaan Sulfaattilähteet Maaperä, pohjavesi, merivesi, jätevedet, puunjalostus- ja kemianteollisuuden päästöt Sideainevaihtoehdot SR-sementti CEM I 42,5 N SR-3 (aluminaatti 3 %) Sideaineiden tulee sisältää 70 % masuunikuonaa koko sideainemäärästä Geologian tutkimuskeskus

41 Tiiviitä betoneita happorasitusta vastaan Hapot laskevat betonin ph:ta ja rapauttavat betonin pinnasta sementtikiveä ja runkoaineita Tiiviillä betonirakenteella happorasitus on pienempää, koska happojen tunkeutuminen betoniin on heikompaa Korkea lujuusluokka ja matala v/s-suhde Masuunikuona Pikasementti CEM I SR-sementti CEM I Pikasementti CEM I + 70 % masuunikuonaa

42 SR-sementtiä vaativiin lattioihin SR-sementin kuivumiskutistuma on hyvin pieni SR-sementti on karkea (Blaine n. 360 m²/kg) Pieni veden tarve Maltillinen sementtimäärä Pieni pastamäärä -> pieni kutistuma

43 Kuivumiskutistuma (mm/m) SR-sementtiä vaativiin lattioihin 0.10 Kuivumiskutistuma (mm/m) Plussementti CEM II B-M 42,5 N Rapidsementti CEM II A-LL 42,5 R Pikasementti CEM I 52,5 R SR-sementti CEM I 42,5 R Vrk

44 Sementit ja työturvallisuus 1/9/2019

45 Turvallisuus sementin käsittelyssä Varoitusmerkit H315 Ärsyttää ihoa H318 Vaurioittaa vakavasti silmiä H335 Saattaa aiheuttaa hengitysteiden ärsytystä

46 Turvallisuus märän sementin käsittelyssä Seos voimakkaasti emäksinen ph ~13 Sementin ja veden reaktiossa syntyy kalsiumhydroksidia Ärsyttää ihoa Punoitus, Halkeilu, Kipu Sementtisyöpymä Aiheuttaa vakavan silmävaurion vaaran