Rakennussementit Betonilaborantti ja -myllärikurssi 16.1.2019 Otaniemi, Espoo Sini Ruokonen Finnsementti OY
SISÄLTÖ Sementin valmistus Sementtityypit Sementit ja seosaineet eri käyttökohteisiin Sementit ja työturvallisuus 1/9/2019
Sementin valmistus 1/9/2019
Sementin valmistus Kalkkikivien louhinta, murskaus ja raakajauhatus Portlandklinkkerin poltto Sementin jauhatus
Kalkkikiven louhinta
Sementin valmistus Avolouhos, 70 ha Murskaimet yli 200 m syvyydessä Pituus 3 km, leveys 0,5 km Toiminta aloitettu 1898
Esihomogenisointi
Esihomogenisointi
Esihomogenisointi
Raakajauhatus
Raakajauhatus (klinkkerin raaka-aineet) Normaali kalkkikivi (Ca, Si) 60-80 % Korkea kalkkikivi (Ca) 10-30 % Kuona (Ca, Si, Al) 0-3 % Lentotuhka (Si, Al, Fe) 1-3 % Rautalähde (Fe) 0-4 % Mineraalijäte 0 2 %
Raakajauhatus (klinkkerin raaka-aineet) Raakajauheen koostumus Kalkkistandardi 97,5 Silikaattimoduuli 2,70 Aluminaattimoduuli 1,30 CaStd 2,8SiO 2 CaO 1,18Al2O 3 0,65Fe2O 3 *100 SiM SiO 2 Al2O3 Fe2O 3 AlM Al2O Fe2O 3 3
Esilämmitys ja klinkkerin poltto
Esilämmitys
Klinkkerin poltto
Klinkkerin poltto Kalsinointi 860 C CaCO3 => CaO + CO2 kalsiumkarbonaatti hajoaa kalsiumoksidiksi ja hiilidioksidiksi Sulan muodostuminen 1100 C Fe2O3 ja Al2O3 rautaoksidi ja alumiinioksidi Beliitin ja aluminaattien muodostuminen 1100 C 2 CaO + SiO2 => (CaO)2*SiO2 beliitti 3 CaO + Al2O3 => (CaO)3* Al2O3 aluminaatti 4 CaO + Al2O3 + Fe2O3 => (CaO)4* Al2O3 *Fe2O3 aluminaattiferriitti Aliitin muodostuminen 1400 C CaO + (CaO)2*SiO2 => (CaO)3*SiO2 aliitti Nopea jäähdytys 200 C
Sementin jauhatus
Sementin raaka-aineet Klinkkeri 60-95 % Kipsi 2-4 % Kalkkikivi 2-15 % Kuona 0-30 % Ferro- eli rautasulfaattia tarvitaan estämään kromi-ihottumaa
Sementin jauhatus
Kertaukseksi Louhitaan kalkkikivi Raakajauhetaan Poltetaan klinkkeri Jauhetaan sementti
Finnsementin sideaineet Plussementti CEM II/B-M (S-LL) 42,5 N Rapidsementti CEM II/A-LL 42,5 R Rapidsementti CEM II/A-LL 52,5 N, Lappeenranta Pikasementti CEM I 52,5 R SR-sementti CEM I 42,5 N - SR 3 Valkosementti CEM I 52,5 R SR 5 KJ 400 (kuonajauhe) Raahe Parmix-Silika
Sementtityypit 1/9/2019
Sementtityypit Päälajit CEM I Portlandsementti CEM II Portlandseossementti CEM III Masuunikuonasementti CEM IV Pozzolaanisementti CEM V Seossementti Standardilujuusluokat (28 vrk) 32,5 MPa 42,5 MPa 52,5 MPa Varhaislujuuden tunnukset Lᵃ alhainen varhaislujuus N normaali varhaislujuus R nopea varhaislujuus Seosaineiden tunnukset S masuunikuona L kalkkikivi (orgaaninen hiili 0,50%) LL kalkkikivi (orgaaninen hiili 0,20%) D silika P, Q pozzolaanit V, W lentotuhka T poltettu liuske
Sementtityypit Plussementti CEM II B-M (S-LL) 42,5 N CEM II Portlandseossementti B Seosainemäärä 21-35 % M Mix (sisältää useampaa seosainetta) S Masuunikuona LL Kalkkikivi (orgaaninen hiili 0,20 %) 42,5 Loppulujuus 42,5 MPa 62,5 Mpa N Normaali varhaislujuuden kehitys SR-sementti CEM I 42,5 N CEM I Portlandsementti 42,5 Loppulujuus 42,5 MPa 62,5 Mpa N Normaali varhaislujuuden kehitys
Sementit ovat CE-merkittyjä Sementtistandardi EN 197-1 Sementtien tuotesertifiointi Varmennuslaitos mm. Inspecta Tuotannon ja laadunvalvonnan tarkastus Useita tarkastusnäytteitä Jauhatusnäytteet, sementtituotannon aikana Uloslastausnäytteet, sementin noudon aikana Laadunvalvonnan valvonta, arviointi ja hyväksyminen Laatutietojen tilastollinen laskenta
Laatuinformaatio
Betonin 7 vrk lujuus eri lämpötiloissa
Betonin 28 vrk lujuus eri v/s-suhteilla
Sementin muut ominaisuudet Sitoutumisaika Hienous Lämmönkehitys Sulfaatinkestävyys Tilavuudenpysyvyys Väri
Sementin hienous Ominaispinta-ala (Blane-arvo) 300 600 m 2 /kg Suuri ominaispinta-ala Reaktionpinta-alan kasvu Sitoutuminen ja alkulujuudenkehitys nopeutuu A = 4πr 2
Sementin hienous betonissa Betonin vedentarve ja työstettävyys Karkea sementti 300 400 m 2 /kg Pieni vesimäärä Hitaampi sitoutuminen Hieno sementti > 500 m 2 /kg Tarvitaan suurempi vesimäärä, jotta riittävä notkeus saavutetaan Sitoutuminen nopeaa Lisäaineet, resepti ja klinkkerikemia vaikuttavat myös betonin työstettävyyteen
Sementin väri Raaka-ainepohja vaikuttaa sementin väriin voimakkaimmin Klinkkerin rautapitoisuus Valkosementti Vaalein, ei sisällä rautaa ollenkaan Jauhatus tehdään keraamisilla kuulilla SR-sementti Tummin
Sementit ja sideaineet eri käyttökohteisiin 1/9/2019
Nopeita sementtejä viileissä olosuhteissa Betonin alkulujuuden kehitykseen vaikuttaa Sementin varhaislujuus Betonin v/s-suhde Betonin ja ympäristön lämpötila Ulkolämpötilan laskiessa +5 asteeseen, on syytä käyttää nopeasti kovettuvaa betonia
Lämpötila Lujuus Nopeita sementtejä viileissä olosuhteissa Esimerkki 200 mm holvi, C25/30 Ulkoilman lämpötila +5 astetta Betonin lämpötila +20 astetta 25 25 20 20 15 15 10 CEM II B-M 42,5 N 10 CEM II B-M 42,5 N 5 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 0 0 1 2 3 4 5 6 7
Lämpötila Lujuus Nopeita sementtejä viileissä olosuhteissa Esimerkki 200 mm holvi, C25/30 Ulkoilman lämpötila +5 astetta Betonin lämpötila +20 astetta 30 25 20 30 25 20 15 10 CEM II B-M 42,5 N CEM II A LL 42,5 R 15 10 CEM II B-M 42,5 N CEM II A LL 42,5 R 5 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 0 0 1 2 3 4 5 6 7
Matalan lämmöntuoton sideaineita massiivirakenteisiin Sementin hydrataatioreaktiot tuottavat lämpöä betoniin Betonin lämpötilan noustessa yli 60 asteeseen, betonin lujuuden kehitys häiriintyy ja osa lujuudesta jää saavuttamatta Lujuuskato Betoni laajenee lämmetessään, jolloin suuret lämpötilaerot rakenteen eri osien välillä aiheuttavat rakenteeseen vetojännityksiä Halkeiluriski Rakenteen lämmönkehitystä on syytä tarkkailla, kun rakenteen kapein kohta 1000 mm ja betonin v/s-suhdevaatimus 0,50 Paksut pohjalaatat, paksut holvit, paksut pilarit, sillan kannet yms.
Matalan lämmöntuoton sideaineita massiivirakenteisiin 80 Esimerkki 1500 mm pohjalaatta C35/45 V/s-suhde 0,50 70 60 50 Rapidsementti CEM II A-LL 42,5 R 40 30 Plussementti CEM II B-M 42,5 N Plussementti CEM II B-M 42,5 N ja tuhka Plussementti CEM II B-M 42,5 N ja kuona 20 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7
Kemialliset rasitukset Sulfaattirasitus Hydratoitunut aluminaatti (C3A) muodostaa sulfaattien kanssa etringiittiä, joka paisuttaa betonia Sulfaatinkestävyys ei ole sama asia kuin kemiallinen kestävyys! Happorasitus Betoni on hyvin emäksistä (ph 12-13). Erilaiset hapot laskevat betonin ph:ta ja rapauttavat betonin pinnasta sementtikiveä ja siten edelleen runkoaineita
SR-sementtiä sulfaattirasitusta vastaan Sulfaattilähteet Maaperä, pohjavesi, merivesi, jätevedet, puunjalostus- ja kemianteollisuuden päästöt Sideainevaihtoehdot SR-sementti CEM I 42,5 N SR-3 (aluminaatti 3 %) Sideaineiden tulee sisältää 70 % masuunikuonaa koko sideainemäärästä Geologian tutkimuskeskus
Tiiviitä betoneita happorasitusta vastaan Hapot laskevat betonin ph:ta ja rapauttavat betonin pinnasta sementtikiveä ja runkoaineita Tiiviillä betonirakenteella happorasitus on pienempää, koska happojen tunkeutuminen betoniin on heikompaa Korkea lujuusluokka ja matala v/s-suhde Masuunikuona Pikasementti CEM I SR-sementti CEM I Pikasementti CEM I + 70 % masuunikuonaa
SR-sementtiä vaativiin lattioihin SR-sementin kuivumiskutistuma on hyvin pieni SR-sementti on karkea (Blaine n. 360 m²/kg) Pieni veden tarve Maltillinen sementtimäärä Pieni pastamäärä -> pieni kutistuma
Kuivumiskutistuma (mm/m) SR-sementtiä vaativiin lattioihin 0.10 Kuivumiskutistuma (mm/m) 0.00-0.10-0.20-0.30 0 20 40 60 80 100 Plussementti CEM II B-M 42,5 N Rapidsementti CEM II A-LL 42,5 R Pikasementti CEM I 52,5 R -0.40 SR-sementti CEM I 42,5 R -0.50-0.60 Vrk
Sementit ja työturvallisuus 1/9/2019
Turvallisuus sementin käsittelyssä Varoitusmerkit H315 Ärsyttää ihoa H318 Vaurioittaa vakavasti silmiä H335 Saattaa aiheuttaa hengitysteiden ärsytystä
Turvallisuus märän sementin käsittelyssä Seos voimakkaasti emäksinen ph ~13 Sementin ja veden reaktiossa syntyy kalsiumhydroksidia Ärsyttää ihoa Punoitus, Halkeilu, Kipu Sementtisyöpymä Aiheuttaa vakavan silmävaurion vaaran