VESI-SEMENTTISUHDE, VAATIMUKSET JA MÄÄRITTÄMINEN Betoniteollisuuden ajankohtaispäivät 2018 30.5.2018 1 (22)
Vesi-sementtisuhteen merkitys Vesi-sementtisuhde täyttää tänä vuonna 100 vuotta. Professori Duff A. Abrams esitti vuonna 1918 vesisementtisuhteen vaikutuksen lujuuteen: Jossa f c on puristuslujuus K 1 ja K 2 vakioita w/c on vesi-sementtisuhde 2 (22)
Vesi-sementtisuhteen merkitys (jatkuu) Vesi-sementtisuhteen merkityksestä Jouni Punkin artikkelista Betoni-lehdessä 1-2018 3 (22)
Vesi-sementtisuhteen merkitys (jatkuu) Vaikka vesi-sementtisuhde on betonin ominaisuuksien kannalta paljon tärkeämpi parametri kuin puristuslujuus, sen määrittämistä betonista ei ole perinteisesti juuri tehty, vaan on rajoituttu puristuslujuuden testaamiseen. Tämä johtuu siitä, että puristuslujuus korreloi jossain määrin vesi-sementtisuhteen kanssa ja ennen kaikkea siksi, että puristuslujuuden määrittäminen paljon helpompaa. 4 (22)
Vaatimuksia by65 mukaan 5 (22)
Vaatimuksenmukaisuus 6 (22)
7 (22)
Mitä tämä käytännössä tarkoittaa vesisementtisuhteen kannalta Oletetaan, että 20 päivän aikana on vesi-sementtisuhteesta on tehty 20 määritystä. Vaatimus on 0,50. Sallittu poikkeama +0,02 Sallittujen poikkeamien määrä saadaan taulukosta 5.8 8 (22)
Vaatimus 18 tulosta (=20 2) korkeintaan 0,50 2 tulosta 0,51 tai 0,52 0 tulosta 0,53 9 (22)
Miten vesi-sementtisuhde todetaan? Standardissa SFS-EN 206 todetaan, että vesi-sementtisuhde testataan laskemalla tai testaamalla. Testauksen tarkoitus on arvioida, onko määritelty vesi-sementtisuhde saavutettu. Ainakaan SFS- tai EN-standardeja vesi-sementtisuhteen määrittämiseksi ei ole laadittu. 10 (22)
Miten sitten tulee toimia? Yksinkertaisin ja myös Inspecta-Sertifioinnin hyväksymä tapa on käyttää luotettavan annosraportin tietoja vesi-sementtisuhteen laskennassa. Luotettavuus riippuu lähinnä kiviaineksen kosteuspitoisuuden oikeellisuudesta. 11 (22)
Miten sitten tulee toimia? (jatkuu) Sementtimäärän määrittäminen massasta tai kovettuneesta betonista on vaikeaa ja epätarkkaa. Siksi sideainemäärä saadaan luotettavimmin aina annosraportista. Kiviaineksen mukana tulevan vesimäärän arvioiminen on sitä vastoin ongelma. Nykyisin massan valmistuksen yhteydessä voidaan kohtuullisen hyvin huomioida kiviaineksen kosteuden vaihtelu sekottimen tehontarvetta seuraamalla, mutta tämä johtaa siihen, että annosraportin vesi-sementtisuhde ei vastaa todellisuutta. 12 (22)
Miten sitten tulee toimia? (jatkuu) Kiviaineksen vesi-pitoisuuden mittaamiseen ja tietojen kirjaamiseen tulee betonia valmistettaessa kiinnittää erityistä huomiota. Perinteisesti kiviaineksen kosteus määritetään määräajoin kuivattamalla käytettävää kiviainetta lämpökaapissa. Standardin mukaan kuivatuslämpötilan tulee olla 110 ± 10 C ja kuivatusta tulee jatkaa, kunnes peräkkäin suoritetuissa punnituksissa, joissa on vähintään tunnin kuivatusaikaero, punnitustulos ei muutu enempää kuin 0,1 %. Standardi tosin antaa mahdollisuuden käyttää vakiokuivatusaikaa, jolla tunnettu näyte saavuttaa vakiomassan. 13 (22)
Miten sitten tulee toimia? (jatkuu) Nykyisin on markkinoilla varsin tarkkoja automaattisesti kiviaineksesta kosteutta mittaavia laitteistoja. Esimerkiksi optinen mittaus, joka mittaa kiviainesrakeen pinnalla olevaa vesikerrosta, on erittäin luotettava. Tuoteryhmäohjeet kannustavat tallaisten laitteiden käyttöönottoa. 14 (22)
Vesimäärän mittaaminen massasta Pelkkä kiviaineksen kosteuden mittaaminen ei kuitenkaan aina riitä, vaan määräajoin massasta tulisi määrittää todellinen vesimäärä. Tämä tulee suorittaa kuivattamalla tuore massanäyte ja laskemalla punnitustuloksesta massan todellinen vesipitoisuus ja siitä edelleen vesi-sementtisuhde. Kuivattaminen voidaan tehdä liedellä, kaasupolttimella (wokkipannu) tai mikroaaltouunissa. Varsinkin wokkipannussa veden kuumeneminen ja höyrystyminen on niin nopeaa, että kiviaineisiin absorboitunut vesi saattaa räjäyttää kiviä ja lennättää niitä pois näytteestä. Varsinkin pieniraekokoisilla betoneilla mikroaaltouuni on suositeltavin. 15 (22)
Vesimäärän mittaaminen massasta (jatkuu) Tavallisen 1100 W mikroaaltouunin lämmitysteho on noin 700 W. Otetaan 1 kg näyte, joka sisältää 8 % vettä (80 g) 80 g veden lämmittäminen 100 C:een ja haihduttaminen vaatii energiaa Lämmittäminen: Haihduttaminen: 80g *(100 20) C * 4,2 J/ Cg = 27 kj 80g * 2260 J/g = 180 kj Mikroaaltouunilla menee veden haihduttamiseen aikaa 207 kj/0,7 kj/s =300s eli 5 min Vaikka mikroaallot eivät kiviä lämmitäkkään, siirtyy toki lämpöä vedestä niihinkin. Eli voisi ajatella, että esimerkiksi 10 minuuttia olisi riittävä aika näytteen kuivattamiseen. 16 (22)
Vesi-sementtisuhteen laskeminen (jatkuu) Annosraportista saadaan kiviainesten ja sementin määrät ja kuivatustuloksesta betonin vesimäärä. Näiden perusteella voidaan vesi-sementtisuhde laskea: Kiviainetta Sementtiä 1800 kg 300 kg Näyte 1000 g Haihtunutta vettä 80 g (8,0%) Näytteessä kiviainetta ja sementtiä yhteensä 920 g, joka jakaantuu: 17 (22)
Vesi-sementtisuhteen laskeminen (jatkuu) Näytteessä kiviainetta ja sementtiä yhteensä 920 g, joka jakaantuu: Kiviainetta 1800 kg / 2100 kg * 920 g = 789 g Sementtiä 300 kg / 2100 kg * 920 g = 131 g Oletetaan, että kiviaineksen absorptio oi 0,4 %, näin ollen kivianeksen sisällä on ollut vettä, jota ei lasketa betonissa teholliseksi vedeksi, 3 g. Tehollista vettä oli siis 77 g, Vesi-sementtisuhde oli näytteessä 77/131 = 0,59 18 (22)
Vesi-sementtisuhteen laskeminen (jatkuu) Edellisessä esimerkissä oli betonin valmistamiseen käytettysideaineena ainoastaan sementtiä. Nykyisten ohjeiden mukaan kaikki sementtitehtaalta tulevat sementit lasketaan sementiksi riippumatta niinden todellisesta koostumuksesta. Toisin on betonin valmistuksen yhteydessä lisättävien seosaineiden kohdalla. Niiden määrää muutettaessa sementiksi tulee käyttää k-kertoimia. Tällöin on vielä huomattava, että k-kertoimet vaihtelevat paitsi seosainemyös rasitusluokkakohtaisesti seuraavasti: 19 (22)
Vesi-sementtisuhteen laskeminen (jatkuu) Lentotuhka: 0,4 rasitusluokissa XC2-4, XS1-3 XS1-3 1,0 rasitusluokissa X0 XF2 ja XF4 XA1-3 XC1 XF1 ja XF3 0,0 siltä osin, kun lentotuhkan ja sementin paino-osuuksien suhde ylittää arvon 0,33, lukuun ottamatta rasitusluokkia X0, XC1, XF1 ja XF3 20 (22) 1.11.2017
Vesi-sementtisuhteen laskeminen (jatkuu) Masuunikuona: 0,8 rasitusluokissa: XC2-4, XF2 ja XF4, XA-luokat, mikäli ei sulfaattirasitusta Muulloin 1,0 21 (22)
Vesi-sementtisuhteen laskeminen (jatkuu) silika: 2,0 kaikissa rasitusluokissa, kun vesi-sementtisuhde 0n 0,45 1,0 rasitusluokissa XC2-4 ja XF1-4, kun vesi-sementtisuhde on > 0,45 Kalkkifilleri aina 0,0 22 (22) 30.5.2018