Betoniperheitä ja arvostelueriä Betonien luokittelu perheisiin, arvostelueriin ja toimenputeet, kun vaatimukset eivät täyty Betoniteollisuuden ajankohtaispäivä 1.10.2019 Risto Mannonen Risto Mannonen Konsulttitoimisto 42 Oy 1 (68)
Sisältö Betoniperheet Perheiden muodostaminen Puristuslujuuden vaatimukset CUSUM Arvosteluerät Arvosteluerien muodostaminen Pakkasenkestävyyden osoittaminen Normin jaa LIVI:n vaatimukset Toimenpiteet alitustapauksissa 2 (68)
Lujuus valetuista koekappaleista by65 mukaan Betonin puristuslujuus normikokein betoniperheittäin Betonin puristuslujuuden vaatimustenmukaisuutta valvotaan ja arvioidaan tuotannon yhteydessä standardien mukaisilla menetelmillä. Rakenteen mitoista, valutavasta, tiivistyksestä, jälkihoidosta ja ympäristöolosuhteista johtuen rakenteissa olevan betonin lujuus voi todellisuudessa poiketa standardien mukaisten testien tuloksista. Näytteenotto vaatimustenmukaistestejä varten suoritetaan sellaisessa paikassa, että betonin oleelliset ominaisuudet ja koostumus eivät merkittävästi muutu näytteenottopaikan ja betonin toimituspaikan välillä. 3 (68)
5.2.2.1 Vaatimustenmukaisuuden toteaminen Betonin vaatimustenmukaisuuden arviointi suoritetaan joko yksittäisille betonikoostumuksille tai betoniperheille, joiden soveltuvuuden valmistaja on osoittanut. Betoniperheen käytöllä on tarkoitus tehostaa betonin valmistuksen laadunvalvontaa. Siksi on tärkeää, että yhdessä perheessä tapahtuvat laatumuutokset ovat riippuvaisia mahdollisimman harvoista tekijöistä. Näin perheen tulosten hajonta minimoituu ja, mikä tärkeintä, muutosten syyt on tunnistettavissa. Laadunvalvonnan kannalta on edullista, että samaan perheeseen sijoitetaan kaikki samantyyppiset betonikoostumukset. Mikäli samassa perheessä on perheenjäseniä, joiden ominaisuuksissa ilmenevät vaihtelut ovat riippuvaisia hyvin erilaisista tekijöistä, perheen sisäinen hajonta kasvaa ja samalla mahdollisuus tunnistaa vaihteluiden aiheuttaja heikkenee. 4 (68)
Betoniperhe koostuu perheenjäsenistä eli eri betonikoostumuksista. Yhdeksi perheenjäseneksi katsotaan betonikoostumus, jonka ominaisuuksia, kuten tavoitelujuutta ja -notkeutta pyritään pitämään mahdollisimman vakiona arvostelujakson ajan. Osa-aineiden ominaisuuksissa havaitut muutokset saattavat vaatia arviointijakson aikana muutoksia betonin koostumukseen tavoitteen saavuttamiseksi. 5 (68)
Saman perheen jäsenten tulee täyttää seuraavat ehdot: Sementti on tyypiltään, lujuusluokaltaan ja alkuperältään yhdenmukainen. Saman valmistajan samassa maassa eri tehtaalla valmistamia sementtejä voidaan pitää samana sementtinä, mikäli se teknisesti on perusteltua. Kiviainekset ovat toiminallisilta ominaisuuksiltaan samankaltaisia. Seosaine on sama. Lisäaineet eivät merkittävästi vaikuta lujuuteen. Arvosteluikä on sama. Lujuusluokat eivät liiaksi poikkea toisistaan. Omina betonilaatuinaan tai eri perheinä tulee käsitellä betonit, joiden sisältämillä lisäaineilla voi olla vaikutusta puristuslujuuteen. Tällaisia lisäaineita ovat esimerkiksi huokostavat lisäaineet. 6 (68)
Tiivistystavaltaan erilaisia betoneja, kuten maakosteita, tärytettäviä tai itsetiivistyviä betoneja, tulee käsitellä omina perheinään. Normaalilujuuksiset betonit (lujuusluokka C50/60) ja korkealujuusbetonit tulee käsitellä omissa perheissään. Ennen betoniperhekäsitteen käyttöönottoa tai käytön laajentamista valvottavien betonilaatujen lujuusominaisuudet tulee tuntea testauksien tai aiempien tuotantotietojen perusteella siten, että saavutetaan riittävä ja tehokas laadunvalvonta ja vaatimustenmukaisuuden toteaminen. Betoniperhettä muodostettaessa perheenjäsenten joukosta valitaan vertailubetoni, jota joko valmistetaan eniten tai joka edustaa perheen keskivertoa. 7 (68)
Jokaisen yksittäisen betonin ja vertailubetonin vastaavuus on todettava. Käytännössä tämä käy parhaiten siten, että betonien tavoitelujuudet toimivat laskelmien perusteina. Tutkittavan betonin lujuus muunnetaan vastaamaan vertailubetonin lujuutta vertaamalla tutkittavan betonin puristuslujuustulosta kyseisen betonin tavoitelujuuteen. Yksinkertaisimmin muunnettu lujuus saadaan lisäämällä poikkeama vertailubetonin tavoitelujuuteen. 8 (68)
9 (68)
Vaihtoehtoinen tapa muuttaa lujuustulokset vastaamaan toisiaan on käyttää suhteellista menetelmää. Menetelmä on suositeltava, jos samaan perheeseen kuuluu lujuusluokiltaan tai tavoitelujuuksiltaan hyvin erilaisia betoneja. Betoniyhdistyksen laskentaohjelma käyttää tätä menetelmää. Seuraavassa esitetään edellisen esimerkin tulosten muuttaminen käyttäen tulosten suhteellista muuntamista : 10 (68)
Näytteenotto- ja testaussuunnitelma sekä betoniperheiden ja yksittäisten jäsenten vaatimustenmukaisuuden ehdot laaditaan erikseen valmistuksen alkuvaiheelle ja jatkuvalle valmistukselle. Valmistuksen alkuvaihe päättyy ja jatkuva valmistus alkaa, kun käytettävissä on vähintään 35 testaustulosta enintään 12 kuukauden ajalta. Vaatimuksenmukaisuuden arvioinnissa käytetään aina 150 mm:n kuutiotuloksia. Jos tulokset on saatu käyttäen halkaisijaltaan 150 mm:n ja korkeudeltaan 300 mm:n lieriökoekappaleita, ne tulee muuntaa vastaamaan 150 mm:n kuutiotulosta taulukon 5.1 mukaisesti. Käytettäessä 100 mm:n kuutiota tulos muunnetaan vastaamaan 150 mm:n kuutiolujuutta jakamalla tulos kertoimella 1,03. 11 (68)
12 (68)
5.2.2.2 Alkutestaus ja testien hyväksymisehdot Alkutestauksen keskeinen tarkoitus on määrittää betonin koostumuksen tavoitelujuus. Tavoitelujuus toimii perustana, kun tulokset muunnetaan vastaamaan vertailubetonin lujuutta. Alkutestauksella tulee myös osoittaa, että betoni täyttää riittävällä marginaalilla kaikki sen määrittelyssä betonimassalle ja kovettuneelle betonille esitetyt vaatimukset. Betonin alkutestauksesta vastaa valmistaja. Yksittäisen betonin alkutestauksessa tulee testata vähintään kolme koekappaletta jokaisesta vähintään kolmesta annoksesta eli yhteensä vähintään yhdeksän koekappaletta. Betoniperheen alkutestauksessa näytteenottoon valitun perheen jäsenten lukumäärän tulee olla sellainen, että katetaan kaikkien perheeseen kuuluvien betonien koostumukset. Tällöin yhden betonin koekappaleet voidaan tehdä yhdestä annoksesta (3 kpl / annos). 13 (68)
5.2.2.3 Näytteenotto- ja testaussuunnitelma 14 (68)
Tuotantopäivä Näytteiden vähimmäismäärää määritettäessä tuotantopäivä on päivä, joka täyttää jonkin seuraavista vaihtoehdoista: Päivä, jolloin kyseistä perhettä on tuotettu vähintään 25 m 3. Ajanjakso, jonka aikana edellisen tuotantopäivän jälkeen kyseiseen perheeseen kuuluvia betoneja on yhteensä tuotettu 25 m 3. Jos 30 päivän aikana on tuotettu kyseiseen perheeseen kuuluvia betoneja, mutta yhteensä vähemmän kuin 25 m 3, tuotantopäivä on seuraava päivä, jolloin ko. betonia tuotetaan 15 (68)
: 16 (68)
Valmistuksen vaiheet Valmistuksen alkuvaihe kattaa valmistuksen siihen saakka, että käytettävissä on vähintään 35 testaustulosta. Jatkuva valmistus alkaa, kun enintään 12 kuukauden aikana on saatu vähintään 35 testaustulosta. Jos yksittäisen betonin koostumuksen tai betoniperheen valmistus on ollut keskeytettynä yli 12 kuukautta, valmistajan on noudatettava valmistuksen alkuvaiheen vaatimustenmukaisuuden ehtoja sekä näytteenotto- ja testaussuunnitelmaa. 17 (68)
Alkuvaiheen perhevaatimus 18 (68)
Jatkuvan vaiheen perhevaatimus 19 (68)
Jäsenvaatimus Vuoden 2016 normissa on selvät ohjeet, miten vaatimusten vastaista perheenjäsentä tulee käsitellä! 20 (68)
Jäsenvaatimus 21 (68)
22 (68)
Perhevaatimus jatkuu 23 (68)
24 (68)
25 (68)
26 (68)
27 (68)
Valvontakorttimenetelmä CUSUM betonin puristuslujuuden valvonnassa Tuotannon vaatimuksenmukaisuuden valvonta (perhevaatimus) perustuu ns. betoniperhekonseptiin, jossa vaatimuksenmukaisuus todetaan arviointijaksottain. Valvontakorttimenetelmässä sekä lujuutta että hajontaa seurataan jokaisen mittauksen jälkeen. Betonireseptiä, eli sementtimäärää säädellään tarpeen mukaan. Jäsenvaatimusta ei käytetä valvontakorttimenettelyssä. CUSUMin käyttö korvaa siis sekä perhe- että jäsenvaatimukset 28 (68)
CUSUM M Muunnettujen tulosten kumulatiivista poikkeamaa tavoitelujuudesta seurataan. CUSUM M 40 20 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50-20 -40-60 -80-100 29 (68)
CUSUM M Ylemmän rajan ylitys kertoo, että tulokset ovat jääneet merkittävästi tavoitelluista ja alemman rajan alitus taas turhan korkeasta lujuudesta. Kummassakin tapauksessa betonin koostumusta tulee muuttaa. 30 (68)
CUSUM LAADUNVALVONTA 70 60 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50-10 -20-30 31 (68)
CUSUM R Hajonnalla on tavoitearvo jota seurataan kuten lujuudenkin kehitystä. Hajonta-arvoa muutetaan, jos raja ylittyy. 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50-10,0-20,0 32 (68)
Pakkasenkestävyyden vaatimukset Betonin valmistaja muodostaa arvosteluerät Tehdään ennakkokokeet Vaatimukset koostumukselle Toiminnalliset vaatimukset Jatkuva laadunvalvonta Tasokokeet 33 (68)
Arvosteluerien muodostaminen Sijoitetaan samantapaiset betonit samaan arvosteluerään sama sementti lisä- ja seosaineet samanlaiset lujuusluokka-alue sama rasitus joko suolan kanssa tai ilman sama suunnittelukäyttöikä 34 (68)
Taulukkovaatimukset 50 vuotta 35 (68)
50 vuoden taulukkovaatimukset betonin vesi-sementtisuhteelle, ilmamäärälle ja sementtimäärälle koskevat rasitusluokissa XF2 ja XF4 alla esitettyjä sementtilaatuja seuraavin rajoituksin: CEM I, (portlandsementti, ei rajoituksia koostumukselle) CEM II/A-D, (portlandsilikasementti, ei rajoituksia koostumukselle) CEM II/A-LL, (portlandkalkkikivisementti, kalkkikivipitoisuus 20 %) CEM II/A-M ja CEM II/B-M, (portlandseossementti kalkkikivipitoisuus 20 %). Siinä tapauksessa, että käytetään muita taulukossa 3.2 sallittuja sementtejä tai jos edellä lueteltuja sementtejä käytettäessä seosaineosuudet ylittävät taulukon em. rajoitukset, betonin pakkassuolakestävyys osoitetaan liitteen 4 kohdan 3.2 mukaan.
Taulukkovaatimukset 100 vuotta (rasitusluokissa XF2 ja XF4 ei taulukkovaatimuksia) 37 (68)
Tiivistettävän betonin ilmamäärä 38 (68)
Itsetiivistyvän betonin ilmamäärä 39 (68)
Toiminnallisiin ominaisuuksiin perustuvat suunnittelumenetelmät Esitetyistä betonin koostumusta koskevista vaatimuksista voidaan poiketa käyttäen toiminnallisia mitoitusmenetelmiä. Toiminnallisina menetelminä voidaan pitää esimerkiksi Suomen Betoniyhdistys ry:n julkaisussa by65 kuvattuja laskennallisia käyttöiän mitoitusmenetelmiä
Toiminnallisiin ominaisuuksiin perustuvat suunnittelumenetelmät (esimerkki) 50 vuoden käyttöikä rasitusluokassa XF1 saavutetaan arvoilla: vesi-sementtisuhde 0,60 Ilmamäärä 4,0 %
F-luvun laskeminen F-luku em arvoilla (16 max raekoko) on 1,08 F-luku 1 vastaa XF1:ssä 50 vuoden käyttöikää ja F-luku 1,5 vastaa XF3:ssä 50 vuoden käyttöikää
Laskemisen sijaan voi F-luvut katsoa Betoninormista Käyttöikämitoitusliitteestä
Ilmamäärävaatimus 44 (68)
Rasitusluokkien XF2 ja XF4 lisävaatimukset (jatkuu) Jos käytetty sementti kuuluu suunnitellun käyttöiän ollessa 50 vuotta luokkaan CEM II/A-S, CEM II/B-S tai CEM II/A-V, betonin pakkassuolakestävyys osoitetaan InfraRYL 2006:n kohdan 42020.1.2 mukaisesti. Tällöin P-luvun arvon tulee rasitusluokassa XF2 olla vähintään 25 ja rasitusluokassa XF4 vähintään 40.
Rasitusluokkien XF2 ja XF4 lisävaatimukset (jatkuu) Kun suunniteltu käyttöikä on 100 vuotta, betonin pakkassuolakestävyys osoitetaan InfraRYL 2006:n kohdan 42020.1.2 mukaisesti (=perinteinen P-lukuohje). Tällöin P-luvun arvon tulee rasitusluokassa XF2 olla vähintään 50 ja rasitusluokassa XF4 vähintään 70
P-lukuohjeet Liikenneviraston ohjeet pakkasenkestävän siltabetonin valmistus- ja suhteitusvaatimuksista sekä laadunvalvonnasta ja P-luvun määrittämisestä on päivitetty kesäkuussa 2016 julkaisulla : Siltabetonien P-lukumenettely, Liikenneviraston ohjeita 22/2016 https://www.doria.fi/bitstream/handle/10024/124375/lo_2016-22_siltabetonien_p-lukumenettely_web.pdf Uusi ohje korvaa vuonna 2013 julkaistun ohjeen 47 (68)
Tehdyt muutokset Ohjeisiin tulleet muutokset olivat varsin pieniä verrattuna vuoden 2013 ohjeisiin. Selvyyden vuoksi oli SFS-EN 206:n mukaiset rasitusluokkamääritykset oli jo vuoden 2013 ohjeesta poistettu ja jäljelle on jätetty ainoastaan rasitusluokkaryhmät (R) sekä sillan osan tunnukset (Ro) Tästä huolimatta raja Liikenneviraston ja betoninormien vaatimusten välillä aiheuttaa sekaannusta. Joskus sillanosantunnuksen ja rasitusluokkaryhmän lisäksi betonin määrittelyyn on lisätty myös SFS-EN 206 mukaisia rasitusluokka ja käyttöikämerkintöjä. 48 (68)
By65:n vaatimukset P-luvun ja koostumuksen osalta poikkeavat kuitenkin merkittävästi Liikenneviraston vaatimuksista: Eurokoodin soveltamisohje, Betonirakenteiden suunnittelu-ncci 2 49 (68)
Poikkeaako Liikenneviraston ja by65 määräykset toisistaan? (jatkuu) By65 mukainen yhteys P-luvun, rasitusluokan ja suunnittelukäyttöiän välillä on seuraava: Rasitusluokka käyttöikä P-luku XF2 50 vuotta 25 XF2 100 vuotta 50 XF4 50 vuotta 40 XF4 100 vuotta 70 50 (68)
Poikkeaako Liikenneviraston ja by65 määräykset toisistaan? (jatkuu) Vaatimukset löytyvät P-lukuohjeesta LIVI:n sivuilta 51 (68)
Poikkeaako Liikenneviraston ja by65 määräykset toisistaan? (jatkuu) Varsinkin siltakohteisiin tarjouksia tehtäessä tulee eri siltaosien koostumusvaatimukset tarkistaa Liikenneviraston sivuilta P-lukuohjeesta. Yksi syy on myös se, että Liikennevirasto ei ole päivittänyt by65 koostumusvaatimuksia omiin vaatimuksiinsa. Lisäksi käyttöiän ja rasitusluokan vaikutus P-lukuun on toisenlainen kuin by65:ssä Lisäksi LiVillä on omia reseptivaatimuksia myös muihin rasitusluokkiin. 52 (68)
Betonia testattaessa betonin tiheys on aina tärkeä tieto Mikäli betoni ei täytä vaatimuksia, on ensimmäisenä tarkistettava betonin tiheys. Mitä tiheydellä tarkoitetaan? Asia on selitetty standardissa SFS-EN 12350-6 53 (68)
54 (68)
55 (68)
56 (68)
57 (68)
Tiheys ilmamäärämittauksen yhteydessä Oletetaan, että valmistat betonia, jossa sementtimäärä on 350 kg/m 3 vesimäärä on 180 kg/m 3 kiviainemäärä on 1760 kg/m 3 ilmaa 50 dm 3 /m 3 Betonin tiheys koostumuslomakkeelta 2290 kg/m 3 58 (68)
Tiheys ilmamäärämittauksen yhteydessä Ilmattoman betonimassan tiheys on siten: 2290 kkkk/mm 3 ( 1 aa 100 ) = 2410 kkkk/mm 3 Ilmaprosentti a vaikuttaa tässä tapauksessa tiheyteen siten ρρ = 2410 kkkk mm 3 (1 aa 100 ) 59 (68)
Tiheys ilmamäärämittauksen yhteydessä Ilmaprosentti voidaan tässä tapauksessa laskea mitatusta tiheydestä seuraavasti: aa = 100 1 mmmmmmmmmmmmmm ttttttttttt 2410 kkkk/mm 3 60 (68)
Tiheys ilmamäärämittauksen yhteydessä 2450 Betonin tiheys kg/m3 2400 2350 2300 2250 2200 2150 0 2 4 6 8 10 12 Betonin ilmamäärä / % 61 (68)
Tiheys ilmamäärämittauksen yhteydessä Äskeisen esimerkin mukaan voit aina varmistaa, että ilmamäärämittari toimii oikein. Tämä ei poista kalibrointitarvetta, mutta hälyttää heti, jos mittari alkaa näyttää omiaan. 62 (68)
Ilmamäärän mittauksesta 63 (68)
Tiheys lujuusmittauksen yhteydessä Lujuusmittauksen yhteydessä on hyvä aina punnita koekappaleet, vaikkei standardi sitä nimenomaan vaadi. Tiedolla koekappaleen painosta ja a siitä lasketulla tiheydellä voi olla arvaamattoman suuri merkitys, kun syytä linjasta poikkeavaan tulokseen lähdetään selvittämään. 64 (68)
Esimerkkejä 1% liikaa ilmaa pienentää betonin puristuslujuutta noin 2 MPa. Tämä näkyy myös 25 kg:n suuruisena alenemana tiheydessä. 10 litraa liikaa vettä pienentää betonin puristus-lujuutta saman noin 2 MPa. Tämä näkyy 15 kg:n suuruisena alenemana tiheydessä. 65 (68)
Mikäli tiheys ei poikkea reseptistä lasketusta, mutta lujuus silti alittuu merkittävästi täytyy syytä lähteä etsimään esimerkiksi raaka-aineista. Mikäli koekappale on tehty väärästä massasta, voi tieto tiheydestä olla hyvä todiste. Kun halutaan tarkka tieto koekappaleen tiheydestä, kannattaa kalibroituunkin muottiin valetun kappaleen mitat tarkistaa. Sallittu poikkeama kuution tilavuudelle on suurimmillaan 2 % (noin 50 kg/m 3 ) 66 (68)
Onko vaaka kallis? Satunnaisesti valittu vaakakauppias (Vaakatalo) tarjosi edellä esitettyihin tarkoituksiin vaakaa, jonka kapasiteetti on 30 kg ja tarkkuus 0,2 g. Tämä vaaka maksaa noin 500. Ohessa esite vaa asta: 67 (68)
68 (68)