Good Vibrations Betonin koostumuksen vaikutus tiivistettävyyteen Tilaustutkimus Aalto-yliopistossa Jouni Punkki 23.1.2019
Good Vibrations Taustaa ja tavoitteita Porakoekappaleiden tiheydet jää joskus reilusti laboratoriokoekappaleiden tiheydestä (100 150 kg/m 3 ) Ongelmia rakenteiden tiivistyvyydessä? Laboratoriokoekappaleet saadaan tiivistettyä hyvin OLETUS: Ongelmia, 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 ilmiön esiintymiseen 2. Tarvittava tiivistysmäärä erilaisilla betonin koostumuksilla 2
Good Vibrations Koejärjestelyt Muuttujat: Betoniresepti Pääosin P-lukubetoneita Lisäaine, tehonotkistin (3 kpl) Betonin notkeus (3 tasoa) Kiviaines YHTEENSÄ 22 betonia 74 koerakennetta 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 4 eri tärytysenergiaa Tärytysaika (3 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 3
Betonin tiivistäminen Kaksi perusongelmaa 1. Tiivistyykö betonin riittävästi? Projektin lähtökohta Ehtiikö tiivistysilma poistumaan betonista? Tarvittava tiivistysaika Miten betonin ominaisuudet vaikuttavat? 2. Erottuuko betoni? Tullut esille projektin alussa, havaittiin tosin myös jo Robust Airprojektissa Millaisilla tiivistysajoilla betoni erottuu? Miten betonin ominaisuudet vaikuttavat? 4
Tiivistyykö betoni riittävästi? Tiivistysaste Tutkittiin vertaamalla koerakenteiden tiheyttä laboratoriokoekappaleiden tiheyteen Kuuden poralieriön keskiarvo 100% tiivistysaste tarkoittaa, että koerakenteen tiheys on sama kuin lab.koekappaleiden Vihreä = S2 Sininen = S3 Punainen = S4 Violetti = huokostamaton Keltainen = SR 5
Tiivistysaste 100% 99% 98% 97% 96% 140 200 Tiivistysaste 400 800 S2 S3 S4 F1 F2 F3 C30/37 C35/45 C45/55 C60/75 Plus Akmenes Seos SR Kivenlahti Tuusula Huokostamaton 3-5 5-7 Tiivistysaika (s/m³) Notkeusluokka Lujuusluokka Sementtilaatu Kiviaines Ilmamäärä (%) 6
Tiivistysaste 100% Yksinkertaistettu malli Huokostamattomat lähellä verhokäyrän yläreunaa Notkeusluokat hieman epäloogisesti Tiivistysaste 99% 98% 97% 96% 1% tiivitysasteessa vastaa noin 5% puristuslujuudessa 95% 94% 0 200 400 600 800 Tiivistysaika (s/m 3 ) 7
Tiivistysaste Tiivistysajan vaikutus lujuuteen Vihreä = S2 Sininen = S3 Punainen = S4 Violetti = huokostamaton Keltainen = SR 8
Erottuuko betoni? Tutkittiin analysoimalla koerakenteen tiheyseroja Mittarina kuuden poralieriön tiheyden keskihajonta 9
Erottumisherkkyys Yksinkertaistettu malli 150 140 Notkeusluokalla selkeä vaikutus. Huokostamattomat betonit käyttäytyvät hyvin eri tavoin. Huokostetulla betonilla selkeä erottumisriski, erityisesti kun notkeusluokka S4 (S3). Tiheyden keskihajonta (kg/m 3 ) Käytännön tärytysajat ovat aika lyhyitä (200 s/m 3 tai allekin) ja siten erottumisriski on rajallinen. 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Huokostettu S4 Huokostettu S3 Huokostettu S2 Huokostamaton S3 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1 000 Tiivistysaika (s/m 3 ) 10
Tiheyshajonta vs. lujuus Tarkastellaan koerakenteen ja lab.koekappaleiden lujuuksien suhdetta Hajonta ei vaikuttaisi alentavan lujuutta (hieman yllättäen). Suurempi hajonta tarkoittaa käytännössä pidempää tiivistysaikaa ja siten myös korkeampaa tiivistysastetta. 11
Johtopäätökset 1. Muotti saadaan täytettyä jo lyhyellä tiivistysajalla Painuma: 55 mm (ei tule autosta ilman apua) Jos betoni saadaan Muotti täyttyy hyvin jo 5 s tärytyksellä pois autosta, se kyllä saadaan tiivistettyä Rotankolot rakenteessa tarkoittavat käytännössä sitä, että betonia ei ole vibrattu tai että sitoutuminen on jo alkanut. 12
Johtopäätökset 2. Tiivistysilmaa emme saa kokonaisuudessaan poistettua betonista Normaalit tiivistysajat (n. 200 s/m3) jättää betoniin Ilmakuplien nousunopeutta arvioitu videoilta. yleensä 1 4% tiivistysilmaa Kuplat liikkuvat hitaasti. (lujuusvaikutus: 5 20%) 85%:n vaatimustaso rakennekoekappaleilla on haastava normaaleilla tiivistysajoilla Valukerrosten paksuuteen tulee kiinnittää huomiota Notkistinannostus tai v/ssuhde eivät olleet kriittisiä 13
Johtopäätökset 3. Erottumisriski on olemassa Huokostetut, notkeat betonit erottuvat helposti pidemmillä tiivistysajoilla Huokostamattomilla betoneilla erottumisriski on vähäinen Käytännön tiivistysajoilla (200 s/m3) erottumisriski on kohtuullisen pieni Notkea massa: S4, 210 mm Erottuminen alkaa jo lyhyen tärytyksen aikana. 14
Johtopäätökset 4. Betonin erottuminen on paikoin yllättävänkin suurta Erottuminen ei välttämättä alenna lujuutta merkittävästi Kuitenkin vaikutuksen muodonmuutosominaisuuksiin voivat olla merkittävät 100 150 kg/m 3 tiheysero rakenteen sisällä tulee helposti Tiheyseroja voidaan tulkita (ollaan tulkittu) betonin ilmamäärän kohoamiseksi (100 kg/m 3 4% ilmaa) Notkea massa: S4, 185 mm Tärytys kahdesta kohtaa, kahdessa kerroksessa á 2,5 s. 133 s/m 3 15
Johtopäätökset 5. Huokostetun betonin käyttäytyminen Projekti antoi lisäselvyyttä betonin tiivistämiseen Huokostetun betonin käyttäytyminen jää kuitenkin osin epäselväksi Aikaisemmin on oletettu että huokostus stabiloi betonia Sementtipastan tiheysero tuskin voi selittää ilmiötä Polykarboksylaattien ja huokostimien yhteistoiminnassa on jotain erikoista Sementtipastan reologiset ominaisuudet muuttuvat Kytkeytyy myös betonin ilmamäärän kasvamiseen 16
Jatkotutkimustarpeet Avoimia asioita ainakin: Huokostettujen betonien käyttäytyminen Lisäaineteknologia; polykarboksylaattien ja huokostimien yhteistoiminta Sideaineen vaikutukset Huokostettujen betonien reologiset ominaisuudet Tiivistyksen monitorointi 17
KIITOS Raportti on julkinen. Saatavilla piakkoin. 18