Ilmavaivaista betonia? Notkistimien ja huokostimien yhteistoiminta Betonirakentamisen laatukiertue 2018 Jouni Punkki Professor of Practice Aalto-yliopisto, Betonitekniikka
Sisältöä P-lukubetoni Betonin ilmamäärä, kehitys vuosien aikana Betonikriisi 2016 Robust Air-projekti Aallossa Keinot korkeiden ilmamäärien välttämiseksi Betonin tiivistämisestä, Good Vibrations-projekti 2
P-lukubetoni Lyhyt kertaus Liikenneviraston pakkasenkestävyysmenettely betonirakenteille (infra-rakenteet) Noudatetaan joko P-lukumenettelyä tai EN206 (BY65) Kehittänyt Seppo Matala 80-luvun lopulla, 90luvun alussa Analogia: K-lujuus ja P-luku Perustuu hyvin laajaan koeaineistoon Menetelmää päivitetty jatkuvasti Betonin pakkasenkestävyyteen vaikuttavat: Betonin suhteitus Tuoreen betonin ilmamäärä Rakenteen jälkihoito Betonin pakkasenkestävyys tiedetään jo valettaessa Liikennevirasto, Otto Virtanen 3
P-lukubetoni Periaate 1. P-luku suhteitustietojen perusteella - v/s-suhde - Ilmamäärä - Seosaineet - Hienoainesmäärä 2. Ennakkokokeet - Varmistetaan betonin valettavuus ja myös pakkasenkestävyys 3. Tuoreen betonin ilmamäärä - Rajoitus myös maksimi ilmamäärälle 4. Rakenteen jälkihoito - Perusolettamuksena 7 vrk kostea jälkihoito 5. Rakenteen lujuuden toteaminen P$luku 70 60 50 40 35 ILMA.6% ILMA.5% ILMA.4% ILMA.3% ILMA.2% 30 20 10 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 Vesi$sementtisuhde 4
Betonin ilmamäärä Kehitys vuosien aikana Pitkään ongelmana oli ilman pysyvyys sekoituksen jälkeen Aikaisemmat notkistavat lisäaineet; melamiinit ja naftaleenit Onko betonissa riittävästi ilmaa, häviääkö ilma kuljetuksen aikana? Uudet notkistimet markkinoille reilut 10 vuotta sitten Polykarboksylaattipohjaiset notkistimet Lisäävät luonnostaan betonin ilmamäärä ja siten lisätään vaahdonpoistajaa Markkinoille tulon jälkeen oli joitakin ongelmia Tilanne kuitenkin tasoittui ja ongelmia ei juurikaan havaittu Määräykset suosivat korkeaa ilmamäärää Myös P-luku: Edullisin tapa saavuttaa vaadittava P-luku Laadunvalvonta silta/rakennuspaikalla ei toiminut 5
Betonin ilmamäärä Kehitys vuosien aikana Lähde: Liikennevirasto. Betonisiltojen lujuustutkimukset 2018 Kovettuneen betonin ilmamäärä, % 16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% Ilmamäärän kehitys y = 8E-06x - 0,2665 R² = 0,2446 0% 1.1.2003 27.9.2005 23.6.2008 20.3.2011 14.12.2013 9.9.2016 Sillan valmistusajankohta 6
Betonikriisi 2016 7
Betonin kohonneet ilmamäärät Betoniasema: 6% vs. Rakenne: 10%+ 1% ilmaa vastaa noin 5% lujuudessa Betonin suojahuokostus ei ole ollut riittävän stabiili Lisäaineiden kehittyminen Polykarboksylaattipohjaiset notkistimet ja niiden vaahdontappajat, synteettiset huokostimet Betonin ominaisuudet Betonin notkeus Betonin koostumus, sideainemäärä Työmaatoiminnot 8
Robust Air Tilaustutkimus Aalto-yliopistossa Tavoitteet: Varmistaa betonin suojahuokostuksen stabiilisuus Vaatimukset betonimassalle jotta riittävän stabiili suojahuokostus voidaan saavuttaa Rahoittajat: Liikennevirasto Betoniteollisuus r.y., VB-jaosto SBK-Säätiö BASF Oy Oy Sika Finland Ab Finnsementti Oy Semtu Oy GCP Applied Technologies Mapei Oy Ha-Be Rudus Oy Ruskon Betoni Oy Lujabetoni Oy 9
Robust Air Sisältöä Betonikokeet: Tutkittiin betonin omaisuuksien vaikutuksia: Betonilaatu: 2 erilaista Sementti: 3 laatua Kiviaineksen max.raekoko, 8 / 16 mm Betonin notkeus: F5 ja S3 Kaikki kokeet samoilla lisäaineilla Lisäainekokeet: Tutkittiin 7 toimittajan lisäaineyhdistelmiä (notkistin & huokostin). Betonin koostumus vakio, ainoastaan lisäaineiden annostuksia säädetään 10
Robust Air Ilmamäärä ajan funktiona 11
Robust Air Betonin notkeuden vaikutus Notkeudella merkittävä vaikutus ilmamäärän muutoksiin Sekoitusaika vaikuttaa olennaisesti, ongelmia lyhyillä sekoitusajoilla 12
Betonin ilmamäärän muutokset Ilmamääräpotentiaali 1. Kullakin betonilla on Ilmamääräpotentiaali (maks. ilmamäärä) Ilmamääräpotentiaali Lisäaineista (notkistin ja huokostin) Betonin koostumuksesta, sementtityypistä Betonin notkeudesta 2. Tarvitaan varsin tehokas sekoitus, jotta Ilmamääräpotentiaali voidaan saavuttaa jo varsinaisen sekoituksen aikana 5 min ei riittänyt laboratoriosekoittimella (riippuu sekoittimesta) 3. Mikäli Ilmamääräpotentiaalia ei saavuteta varsinaisen sekoituksen aikana, riskinä on ilmamäärä nouseminen - Autossa kuljetuksen ja odotuksen aikana - Pumppauksen ja valun aikana 13
Betonin ilmamäärän muutokset Ilmamääräpotentiaali Ilmamäärä Ilmamääräpotentiaali Lyhyt sekoitusaika, korkea huokostinannostus Ilmamääräpotentiaali Pitkä sekoitusaika, matala huokostinannostus Sekoitus työmaalla Aika 23.9.2018 14
Miten pidetään ilmamäärät hallinnassa 1. Betonin valmistaja tuntee betoninsa ja kalustonsa Riittävän pitkä sekoitusaika, vähintään 90 s, riippuu kuitenkin sekoituskalustosta Tunnetaan miten ilmamäärä muuttuu esim. pitkillä kuljetusmatkoilla 2. Ei tavoitella turhan korkeita ilmamääriä Esimerkiksi max. 5% betoniasemalla, max. 6% työmaalla Hyvä pakkasenkestävyys mieluummin v/s-suhteen avulla Vaatimuksia tulee myös päivittää 3. Laadunvalvonta Laadunvalvontaa myös silta-/rakennuspaikalla 15
Betonin tiivistäminen Tilaustutkimus:Good vibrations Porakoekappaleiden tiheydet jää joskus reilusti tuoreen betonin tiheydestä (100 150 kg/m 3 ) Ongelmia betonin tiivistyvyydessä? Eritysesti, kun alhainen v/s-suhde ja korkea notkistinannostus (=kittimäinen betoni) Nykyinen ohjeistus tiivistyksestä ei välttämättä ajan tasalla Tiivistystarve riippuu betonin koostumuksesta Projektin tavoitteena selvittää: 1. Betonin koostumuksen vaikutukset ongelman esiintymiseen 2. Tarvittava tiivistysteho erilaisilla betonin koostumuksilla 16
Tilaustutkimus Good vibrations Muuttujat: Betoniresepti Pääosin P-lukubetoneita Lisäaine, tehonotkistin (3 kpl) Betonin notkeus (3 tasoa) Kiviaines YHTEENSÄ n. 20 betonia 200 s/m³ 6 * 2,5 s - 200 s/m³ 6 * 2,5 s 400 s/m³ 6 * 5 s 800 s/m³ 6 * 10 s Tärytysteho (4 variaatiota) Tärysauva (2 erilaista) 2183 2166 2178 2172 2190 2200 2162 2195 2181 2193 2210 2206 2241 2243 2273 2258 2198 2196 2233 2227 2267 2262 2313 2270 17
Esimerkkejä tiheyskartoista Notkea huokostettu betoni (C35/45-P50) Painuma: 185 mm Betoni alkaa erottumaan pidemmillä tärytysajoilla GV-10 Lab. Koekappaleiden tiheys = 2246 kg/m3 200 s/m³ 200 s/m³ 400 s/m³ 800 s/m³ 6 * 2,5 s - 6 * 2,5 s 6 * 5 s 6 * 10 s 2162 2157 2158 2211 2144 2140 2059 2073 2182 2164 2191 2236 2220 2238 2315 2307 2211 2201 2237 2247 2300 2284 2355 2374 Huokostamaton betoni (C35/45) Painuma: 160 mm Ei merkittävää erottumista GV-05 Lab. Koekappaleiden tiheys = 2401 kg/m3 200 s/m³ 200 s/m³ 400 s/m³ 6 * 2,5 s - 6 * 2,5 s 6 * 5 s 800 s/m³ 6 * 10 s 2347 2344 2359 2357 2353 2348 2372 2380 2348 2344 2377 2373 2374 2373 2389 2390 2353 2362 2366 2366 2379 2390 2395 2402 18
Good Vibrations Alustavia tuloksia / havaintoja Huokostetut ja huokostamatomat käyttäytyvät aika eri tavoin Ongelmat huokostetuilla betoneilla Tärysauvat / tärytys on yllättävän tehokasta, tarvittavat tärytysajat ovat lyhyitä Jos massa saadaan autosta, se kyllä saadaan tiivistettyä Ilman poistuminen betonista on hidasta, n. 2 3 cm/s Hyvä pintalaatu edellyttäisi pitkää tärytysaikaa Valukerroksen paksuus ei voi olla suuri (huokostettu betoni) Erottumisen riski on olemassa Käytännössä pitäisi täryttää useasta kohtaa lyhyitä aikoja 19
Ilmakuplien nousunopeus 5 Ilmakuplien arvioitu nousunopeus tärytyksen aikana Nousunopeus (cm/s) 4 3 2 1 0 P-lukubetonit 0 50 100 150 200 Betonin painuma (mm) Huokostamattomat betonit 20
Kiitos Kysymyksiä? jouni.punkki@aalto.fi