Harjoitus 5. Mineraaliset seosaineet, Käyttö ja huomioonottaminen suhteituksessa

Transkriptio

1 Harjoitus 5 Mineraaliset seosaineet, Käyttö ja huomioonottaminen suhteituksessa

2 Mineraaliset seosaineet Lentotuhka Filleri Seosaine Masuunikuonajauhe Sideaine Erityisesti massiiviset ja sulfaatinkestävät rakenteet Silika Sideaine Erityisesti hyvää kemiallista kestävyyttä tai suurta lujuutta vaativat rakenteet

3 Lentotuhka, LT Hienoksi jauhetun kivihiilen poltossa voimalaitoksissa syntyvä pozzolaani, joka erotetaan savukaasuista. Korkea polttolämpötila aiheuttaa kemiallisia ja fysikaalisia muutoksia, joiden seurauksena LT saa sideaineominaisuuksia ja ominaisen pyöreän raemuotonsa Masuunikuona Raakaraudan valmistuksessa masuunissa muodostuneesta emäksisestä silikaattisulatteesta jäähdyttämällä saatu tuote, jolla on piilevät hydrauliset ominaisuudet. Jäähdytetään nopeasti vesisuihkuin vesialtaassa (granulointi) tai ilmalla pelletointirummussa (pelletointi). Nopeassa jäähdytyksessä kuonan lasimaisuusaste on yli 75 % ja sillä on yleensä on hyvät piilevät hydrauliset ominaisuudet. Silika Piiraudan ja piin valmistuksessa syntyvä, savukaasuista erotettava, erittäin hienojakoinen pozzolaani. Korkeasta lämpötilasta ja syntyvaiheen reaktioista johtuen silikajauhe on hyvin reaktiivista ja hienojakoista

4 Seosaineiden käyttöä betonissa säätelevät Betoninormit Ohjaavat seosaineiden laadunvalvontaa Antavat suurimmat sallitut käyttömäärät Neuvovat seosainetta sisältävän betonin käytössä Antavat ohjeet betonin laadunvalvontaan

5

6

7

8 Seosaineiden käytön perusteet Säästetään ehtyviä luonnonvaroja hyödyntämällä muun teollisuuden sivutuotteita Parannetaan betonin ominaisuuksia tai annetaan betonille uusia hyödynnettäviä ominaisuuksia Käyttö kansantaloudellisesti kannattavaa

9 Lentotuhkan käytön perusteet Fillerinä parantaa betonin Työstettävyyttä Koossapysyvyyttä Pumpattavuutta Kuljetuksen kestävyttä Sideaineena parantaa betonin Loppulujuutta Saattaa vaikeuttaa huokostuksen onnistumista

10 Pozzolaaninen reaktio betonissa Yksinkertaistettu yhtälö: Vesi (H 2 O) + sementti (CaO, SiO 2 ) CSH (CaO SiO 2 H 2 O) + CH (Ca(OH) 2 ) Pozzolaani (SiO 2 ) + CH (Ca(OH) 2 ) CSH (CaO SiO 2 H 2 O)

11 Lentotuhkan reaktio betonissa on sementtiä herkempi kovettumislämpötilalle Viileässä reaktio on hidas Lämpökäsittelyssä lentotuhka ottaa osaa jo varhaislujuuden kehitykseen Lentotuhka ei vaikuta betonin Plastiseen kutistumaan ( laajojen betonipintojen suojaus!!) Kuivumiskutistumaan (pieniraekokoisten ja vetelien massojen välttäminen) Kimmomoduuliin Virumaan

12 Lujuuden kehitys

13 Masuunikuonajauheen käytön perusteet Sideaineena tavallisessa betonissa Sideaineena erityiskohteissa Massiiviset rakenteet Masuunikuona vähentää kovettumisen aikaista lämmönkehitystä betonissa Jo 50 % sideaineesta tekee sideaineen alhaislämpösementin vaatimukset täyttäviksi Sulfaatinkestävyyttä vaativat rakenteet Betoni on sulfaatinkestävää, jos sen valmistukseen on käytetty sideainetta, joka sisältää vähintään 70 % erillisjauhettua masuunikuonaa

14

15

16 Masuunikuonajauheen käyttö Masuunikuona toimii yleensä hitaasti reagoivana sideaineena Varhaislujuus ja sen kasvunopeus riippuvat yleensä kuonan käyttömäärästä Valmisbetonissa hidastavaa vaikutusta voidaan korvata nopeasti kovettuvan sementin käytöllä MKjauheen reaktio betonissa on sementtiä herkempi kovettumislämpötilalle Viileässä reaktio on erittäin hidas Normaalissa lämpötilassa reaktio on hidas Tavallisessa lämpökäsittelyssä kuonajauhe ottaa osaa varhaislujuuden kehitykseen Korkealämpötilaisessa lämpökäsittelyssa kuonajauhe lisää merkittävästi varhaislujuuksia

17 Masuunikuonajauheen käyttö Masuunikuonajauhetta käytettäessä on otettava huomioon sen vaikutukset betonimassan ja kovettuneen betonin ominaisuuksiin. Tällöin kiinnitetään huomiota mm. seuraaviin seikkoihin: masuunikuonajauheen sideaineominaisuudet sen koostumuksesta, jäähdyttämistavasta ja jauhatuksesta riippuen betonin työstettävyys ja veden erottuminen betonin lujuudenkehitys etenkin alhaisissa lämpötiloissa masuunikuonajauheen vaikutus betonin lisäaineiden käyttöön betonin jälkihoito erityisesti rakenteen säilyvyyden kannalta.

18

19 Muut ominaisuudet Vähentää betonimassan vedentarvetta Ei vaikuta lämpölaajenemiseen, kimmomoduuliin eikä virumaan, mutta suurentaa lievästi loppukutistumaan kuonajauheen suurilla käyttömäärillä ( 60 % sideaineesta)

20 Silikan käytön perusteet Sideaineena parantaa betonin Lujuutta Tiiviyttä Kemiallista kestävyyttä Säilyvyyttä Erikoistapauksissa fillerinä parantaa betonin Koossapysyvyyttä Kuljetuskestävyyttä

21 Silikan kanssa käytetään aina notkistavaa lisäainetta Silikabetoni valitaan yleensä hieman normaalivaatimusta notkeammaksi Koossapysyvyyden parantumisen takia plastisen kutistuman vaara kasvaa, joten jälkihoito tulee aloitta heti tiivistyksen jälkeen

22 Lujuudenkehitys Silikan reaktio betonissa on sementtiä herkempi kovettumislämpötilalle Viileässä reaktio on hidas Lämpökäsittelyssä silikabetonin lujuudenkehitys kiihtyy enemmän kuin normaalibetonin Lämpötilaherkkyyden takia kovettuvan betonin kosteus ja lämpötila tulee turvata riittävään betonin lujuuteen asti Silikaa käytettäessä on mahdollisuus saavuttaa erittäin suuria betonilujuuksia Jälkihoito erittäin tärkeää, jotta saavutetaan silikalla haetut ominaisuudet

23

24 Muut ominaisuudet Ei vaikuta oleellisesti betonin kutistumaan Erittäin hienojakoisen koostumuksen takia hengityssuojien käyttö Väri

25 Seosainebetonin suhteitus Suhteitetaan betoni ilman seosainetta, jotta saadaan selvitettyä sementin perusmäärä eli ekvivalentti sementin määrä. Käytetään haluttu määrä seosainetta noudattaen Betoninormit 2004 ohjeita. Jaetaan seosaine aktiiviseen ja passiiviseen osaan aktiivisuuskertoimella eli sideaineeksi ja filleriksi, (huom. jako on laskennallinen) silloin kun seosaineen aktiivisuuskerroin alle 1. Jos aktiivisuuskerroin on yli 1, on koko seosaine sideainetta. Korvataan filleriä tilavuusosin seosaineen passiivisella eli runkoaineosalla, silloin kun aktiivisuuskerroin alle 1.

26 Harjoituksessa 1 suhteitettu betoni

27 Sementti 280 kg/m 3 Vesi 167 kg/m 3 Runkoaine 1936,8 kg/m 3 Hiekka 522,9 kg/m 3 Sora 484,2 kg/m 3 Somero 929,7 kg/m 3 Ilma 20 dm 3

28 Lentotuhkabetonin (LT) suhteitus Betonin rasitusluokan on kerrottu olevan XC4 (rasitusluokka määrää seosaineen sallitun määrän). Käytetään sementtiä CEM I. Sallittu lentotuhkamäärä on tällöin (100 - Q II )/0,75-100, jossa Q II = sementin itsessään sisältämä lentotuhkamäärä. Eli (100-0)/0, = 33,3 %

29 Jaetaan seosaine aktiiviseen ja passiiviseen osaan aktiivisuuskertoimella eli sideaineeksi ja filleriksi. Seosainebetonin sideaineseoksen tehollinen määrä saadaan arvioitua kaavasta: SA teh = C + k seosaine * SEOSAINE missä SA teh on tehollinen sideainemäärä kg/m 3 C on seosainebetonin sementtimäärä kg/m 3 SEOSAINE on seosaineen määrä kg/m 3 k seosaine on seosaineen tehokkuuskerroin

30 Betoninormit 2004 mukaan, kun lentotuhkaa on alle 33 % sementin määrästä, lentotuhkan aktiivisuuskerroin on 0,4 (ts. 40% sideainetta 60% filleriä). Jos lentotuhkaa on enemmän, yli 33% menevän lentotuhkamäärän aktiivisuuskerroin on 0.

31 Seosainebetoni saavuttaa saman 28vrk lujuuden kuin ilman seosainetta valmistettu Portlandsementtibetoni SA teh = C + k seosaine * LT teh = 280 kg SA teh = C + 0,4 * (0,33 * C) = 280 kg C = = 247,35kg LT teh = 0,33 * 247,35 = 81,63 kg Yli 33% menevän lentotuhkamäärän aktiivisuuskerroin on 0. Tätä lentotuhkaa on siis 0,003 * 247,35 = 0,74 kg LT = LT teh + LT t.ton = 81,63 + 0,74 = 82,37 kg

32 Lentotuhkan määrästä aktiivista on LT akt = LT teh * 0,4 = 81,63 * 0,4 = 32,65 kg Loppu on filleriä LT LT akt = 82,37-32,65 = 49,72 kg Vesimäärä pysyy samana kuin alkuperäisessä suhteituksessa = 167 kg/m 3

33 Vähennetään siis hienoimman runkoaineen määrää (kg) seosaineen (eli lentotuhkan) runkoainemäärällä (kg). Alkuperäisessä suhteituksessa hienoin RA oli hiekka 522,9 kg/m 3 522,9-49,72 = 473,18 kg Koska seosaineen tiheys poikkeaa sementin tiheydestä, on seosainebetonin tilavuus muuttunut. Tämän vuoksi tulee runkoaineen määrää vielä korjata betonin perusyhtälöllä.

34 Lentotuhkan tiheys on 2200 kg/m 3 Tarkastetaan runkoaineen määrä betonin perusyhtälöllä = 1000 (247,35/3,1 + 82,37/2, /1 +20) = 695,77 dm 3 Uusi runkoaineen määrä on siis 695,77*2,68 = 1864,7 kg/m 3

35 Lasketaan (tarkastetaan) lopuksi vielä seosainebetonin ainesosien määrät (kg) ja tilavuudet (dm 3 ) Sementtiä 247,35kg 79,8 dm 3 Lentotuhkaa 82,37 kg 37,4 dm 3 Vettä 167 kg 167 dm 3 RA 1864,7 kg Hiekka 473,18 kg 176,6 dm 3 Sora (=1864,7-473,18)*0,25= 347,88 kg 129,8 dm 3 Somero 1043,64 kg 389,4 dm 3 Ilma dm 3 Yhteensä 1000 dm 3 OK!

36 Kertauksena: Suhteituksen kulku 1. Selvitä lähtöbetonin koostumus 2. Laske seosainebetonin tehollinen sideainemäärä SA teh, jolloin saat seosainebetonin sementti- ja sideainemäärän 3. Jaa seosaine (kg) tehokkuuskertoimen mukaisesti sideaineeksi ja runkoaineeksi eli filleriksi (jos sideaineen tehokkuuskerroin on alle 1) ja vähennä hienoimman runkoaineen määrää (kg) seosaineen runkoainemäärällä (kg). Jos aktiivisuuskerroin on yli 1, on koko seosaine sideainetta. 4. Laske seosainebetonin tilavuus (muuttunut, koska seosaineen tiheys on eri kuin sementin) 5. Korjaa seosainebetonin tilavuudeksi 1000 dm 3 6. Laske /tarkasta seosainebetonin ainesosien määrät ja tilavuudet dm 3

37 Masuunikuonabetonin suhteitus, toinen tapa Masuunikuona 50/50 Käytetään sideaineseoksen aktiivisuusindeksiä EI MASUUNIKUONAN!!!!

38 28 vuorokauden arvosteluiässä sideaineseoksen (MK + sem) aktiivisuusindeksi on kuvan mukaan noin 90 % Suhteituslujuus Ks: 1,2 x 35 x 42,5 / 49,5*0,9 = 40,1 MPa Suhteitetaan tälle lujuudelle normaalisti. Käytetään lähtöbetonin yhdistettyä runkoainetta, jonka H = 413

39

40 Suhteitusnomogrammista saadaan Sementti 315 kg RA 1905 kg Vesi 168 kg Ilma 20 l Sideaineesta: MK 50 % = 157,5 kg Sementtiä 50 % = 157,5 kg

41 Tarkastetaan RA:n määrä betonin perusyhtälöllä RA:n tilavuusosuus = 1000 (157,5/3, ,5/3, ) = 708,7 dm 3 Runkoaineen määrä 708,7 * 2,68 = 1899,3 kg

42 Silikabetonin suhteitus Silikan tehokkuuskerroin on 1 kun vesi-sementtisuhde > 0,45 Silikan suurin sallittu määrä rasitusluokassa XC4 on jossa QII = sementin itsessään sisältämä silikan määrä. Eli (100-0)/9 = 11,1 % SA teh = C + k * SI = C + 1*(0,111*C) = 280 kg C = 252,0 kg SI = 28,0 kg Silikan tehokkuuskerroin 1, joten fillerivähennystä ei tarvitse tehdä.

43 Lasketaan runkoaineen määrä betonin perusyhtälöllä 1000 (252/3,1 + 28/2, ) = 758 dm 3 = 2031,4 kg