Ilma betonissa Betonitutkimusseminaari 2017 TkT Anna Kronlöf, FM Jarkko Klami VTT Expert Services Oy

Transkriptio

1 Kuvapaikka (ei kehyksiä kuviin) Ilma betonissa Betonitutkimusseminaari 2017 TkT Anna Kronlöf, FM Jarkko Klami VTT Expert Services Oy

2

3 En kyllä tajua, mistä betoniin tulee ylimääräistä ilmaa.

4 Betonissa on kahdenlaista ilmaa 31/10/2017 4

5 Suojahuokoset. Muodostuvat betonin sekoituksessa. Pyöreitä Koko (d) µm Etäisyys noin 0,5 mm Suojahuokoset ovat välttämättömiä pakkasenkestävyyden kannalta. Niitä tarvitaan. 31/10/2017 5

6 Tiivistyshuokoset Muodostuvat valussa. Ilmatilat jäävät valussa betoniklönttien välitiloihin. Voivat olla suuria tai pieniä Voivat olla minkä muotoisia tahansa Tiivistyshuokoset eivät ole toivottuja. Ne alentavat betonin lujuutta, mutta ei paranna ominaisuuksia. 31/10/2017 6

7 Tiivistyskuokoset Ilmatilat jäävät valussa betoniklönittien välitiloihin. Voivat olla suuria tai pieniä Voivat olla minkä muotoisia tahansa Tiivistyskuokosia ei käsitellä edempänä. 31/10/2017 7

8 Suojahuokoset 1. Suojahuokoset muodostuvat, kun ilma sekoittuu betoniin. 2. Huokostava lisäaine ajautuu ilman ja veden rajapintaan. Molempiin tarvitaan aikaa. Suojahuokoset ovat jo olemassa, kun massa valetaan. Suojahuokosten ilma on tavallista ilmaa 31/10/2017 8

9 Huokostin

10 Huokostin Suuntautuu ilmaan päin. Negatiivinen varaus. => Repuliso pitää kuplat erillään. Huokostin sitoo suojahuokoset betoniin. Ilman huokostinta huokoset poistuvat helposti betonista. 31/10/

11 Miksi suurempi huokostinannostus tuottaa enemmän ilmaa?

12 Huokostinannostus Suurempi huokostinannostis sitoo enemmän ilmahuokosia. Huokostimen määrä rajoittaa muodostuvan pinta alan määrää. Enemmän huokostinta enemmän suojahuokosia. 1 annos 2 annosta

13 Notkistin

14 Notkistin

15 Notkistin

16 Notkistin + huokostin Huokostimen muodostuminen tunnettu ilmiö. Sitä säädellään notkistimeen lisätyillä aineilla. Ns. ilmanpoistaja

17 Notkistinmolekyylin osat voivat toimia huokostimena ja lisätä ilmapitoisuutta.

18 Ilma huokosten sisällä

19 Suojahuokoset eivät ole tyhjiä. Huokoset sisältävät ilman molekyylejä (80 % typpeä, 20 % happea.) Ilman molekyylien pitää päästä huokosen sisään. Sekoitus sekoittaa ilma betoniin Hämmentäminen ei riitä. Huokosissa ei ole tyhjiötä. O 2 O 2 Ilma pitää sekoittaa betonin sisään. 31/10/

20 Voiko betonia muodostua ilmaa itsestään ilman sekoitusta? Pääsääntöisesti ei. Pari poikkeusta. Näissäkään tapauksissa ei muodostu lisää mokekyylejä. 1. Erittäin pienet ilmahuokoset. 2. Veteen liuennut ilma.

21 1. Erittäin pienet ilmahuokoset. Pienessä huokosessa on korkeampi paine. Kontaktissa, pienempi huokonen tyhjenee suurempaan. Kaasumolekyylit : Tilavuudet: n a + n b = n a + n b V a ja V b < V a + V b Samoista molekyyleistä muodostuu lisää tilavuutta. O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 N2 31/10/

22 1. Erittäin pienet ilmahuokoset. Paine-erolla on merkitystä, kun halkaisija on alle 10 µm. Alle 10 µm huokoset eivät näy hieessä. Pintajännitys 0,072 N/m 31/10/

23 Yhdistyminen betonissa. Betonissa yhdistyminen voi jäädä puolitiehen, johtuen pastan korkeasta viskositeetista. O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 31/10/

24 2. Veteen liuennut ilma Vedessä on luennutta ilmaa ja ylikylläistä ilmaa. Vaikutus maksimissaan alle 0,5 %. Veteen liuennut ilma ei selitä betonin ylimääräistä ilmaa.

25 Suojahuokosten liikkuminen tuoreessa betonissa 31/10/

26 Suojahuokosten liikkuminen tuoreessa betonissa Huokosten liikkuessa niillä on mahdollisuus yhdistyä. - sekoituksessa, - kuljetuksessa - vibrauksessa - nosteen vaikutuksesta Yhdistyessä niiden koko kasvaa ja liike nopeutuu. Noste johtaa ilmapitoisuuden pienenemiseen. Ainoastaan erittäin pienten kuplien yhdistyminen voi teoriassa johtaa ilmapitoisuuden kasvuun. 31/10/

27 Nosteen vaikutus ilman liikkumiseen. Suuret huokoset nousevat nopeammin kuin pienet. Suojahuokosten on tarkoitus pysyä betonissa. 31/10/

28

29 Voiko kuplissa olla jotain muuta kaasua kuin ilmaa? 31/10/

30 Voiko kuplissa olla jotain muuta kaasua kuin ilmaa? 1. Vetyä H 2 muodostuu betonissa metallisen alumiinin ja emäksisen liuoksen välisessä reaktiossa. 2. Ammoniakkia NH 3 muodostuu ammoniumioneja ja amiineja sisältävistä yhdisteistä. Urea, proteiinit. Ammoniakki haisee voimakkaasti. Havaittaan hajun perusteella. Molemman ovat poikkeustapauksia. Ei voi olla muuta kaasua. 31/10/

31 KIITOS! Jarkko jatkaa. 31/10/

32 Mikroskooppikuvia vuosien betonien huokosrakenteista OHUTHIE Kovettuneesta betonista tehty leike, paksuus noin μm Voidaan hyödyntää mm. betonin mikrorakenne ja huokosrakennetutkimuksissa 31/10/

33 Tavanomainen huokosrakenne Huokosjako L 0,20 mm kiviaines Suojahuokoset n. 2,5 til-% Kokonaisilma n. 3 til-% sementtipasta huokoset 31/10/

34 Runsaasti pieniä ja pyöreitä suojahuokosia Huokosjako L 0,10 mm Suojahuokoset n til-% Kokonaisilma n til-% Betonin tiheys n kg/m 3 31/10/

35 Tavoiteltua suurempi ilmapitoisuus heikentää betonin lujuutta 31/10/

36 Yhdistyneitä suojahuokosia 31/10/

37 Kymmenien suojahuokosten muodostama rypäs 31/10/

38 Suojahuokosten muodostama rypäs 31/10/

39 Huokosten yhdistyminen ja liikkuminen 31/10/

40 Huokosten yhdistyminen ja liikkuminen 31/10/

41 Epähomogeeninen sementtipasta 31/10/

42 Epähomogeeninen sementtipasta 31/10/

43 Epähomogeeninen sementtipasta 31/10/

44 Epähomogeeninen sementtipasta Mahdollisia syitä epähomogeeniselle sementtipastalle: Sementtipartikkeleiden epätasainen jakautuminen betonimassassa? Epähomogeeninen hydratoituminen? Nopea kuivuminen? Joku muu? 31/10/

45 Tavoiteltu huokosjako noin 0,20 mm Mitattu huokosjako > 0,40 mm (0,58) Epäonnistunut betonin huokostus Kokonaisilma n til-% Betonin tiheys < 2000 kg/m 3 31/10/

46 KIITOS! 31/10/

47 31/10/

48 Ei metalleja sisältäviä kaasuja 31/10/

49 Ei jalokaasuja Ei metalleja sisältäviä kaasuja 31/10/

50 Ei jalokaasuja Kaasumaset yhdisteet ovat vesiliukoisia. Eivät muodosta kuplia. Ei metalleja sisältäviä kaasuja 31/10/

51 Ei jalokaasuja Kaasumaset yhdisteet ovat vesiliukoisia. Eivät muodosta kuplia. Ei metalleja sisältäviä kaasuja Hiili ( C ) muodostaa monia orgaanisia kaasumaisia yhdisteitä. Niitä ei voi muodostua betonissa. Hiili voi muodostaa CO 2 tai CO, mutta ne ovat vesiliukoisia. 31/10/

52 31/10/