Korkealujuusbetonin suhteitus, suhteituksen erikoistapauksia Harjoitus 6
Korkealujuusbetonin lujuus on K70 K100 (By50). Ultralujan betonin (RPC eli Reactive Powder Concrete) pölymäiseksi jauhettu kiviaines sekä teräsjauhe ja -kuidut tiivistävät betonin niin, että sen puristuslujuus voi olla jopa 800 MPa. Vertaa: High Performance Concrete Alhainen vesi-sementtisuhde: alle 0,35 jopa alle 0,20
Miksi korkealujuusbetoni Puristetut rakenteet: pilarit, paalut Mahdollistaa pienemmät poikkileikkausmitat Kevyempiä Helpompi kuljettaa Hyötypinta-ala kasvaa (enemmän myytävää) Arkkitehtuuri Taivutetut rakenteet: pilarit, laatat, palkit Voidaan jännittää voimakkaasti Oma paino pienenee Voidaan käyttää paikallisesti suurten rasitusten alueella Säilyvyys paranee Kulutus Kemiallinen rasitus
Puristuslujuus kasvaa eniten Vetolujuus ja kimmomoduuli vähemmän (vain kymmeniä prosentteja) Kutistuma normaalia Viruma pientä Jopa 40 70 % normin arvoista Kulutuksen kestävyys puristuslujuuden suhteessa Pakkasenkesto?
Korkealujuusbetonissa käytetään samoja osaaineita kuin normaalilujuuksisessa betonissa Käytettävän sementin ja seosaineiden valintaan vaikuttavat mm. lujuuden- ja lämmönkehityksen vaatimukset Runkoaineessa vähän hienoainesta ja lietettä sekä pienet rakeisuusvaihtelut. Suuren sideainemäärän johdosta ei runkoaineen rakeisuuskäyrän muodolla ole yhtä suurta merkitystä kuin normaalilujuuksisella betonilla Valmistus edellyttää tehonotkistimen käyttöä Huolellinen jälkihoito
Suhteituksen kulku Suhteitusohje on laadittu 100mm särmäisille kuutioille Sideaine voi olla Sementti k cem 1 Masuunikuona k MK 1 Lentotuhka k LT 0,3 Silika k sil 2,5 Suhteitusohje laadittu ainoastaan yhdelle notkeusluokalle: 2-3 svb
Suhteituksen kulku 1. Määritetään suhteituslujuus Keskiarvolujuus + hajonnan vaikutus 2. Määritetään sideainemäärä kuvaajasta
Kirjasta Korkealujuuksisten betonien suhteitus ; Penttala V. et. al. (1990). Julkaisu 108. Kuva sivulta 40.
Suhteituksen kulku 3. Lasketaan sementin ja seosaineen osuudet 4. Määritetään tehonotkistimen määrä kuvasta
Kirjasta Korkealujuuksisten betonien suhteitus ; Penttala V. et. al. (1990). Julkaisu 108. Kuva sivulta 40
Suhteituksen kulku 5. Määritetään vesimäärä kuvasta 6. Lasketaan runkoaineen määrä betonin perusyhtälöllä. Ilmamäärä 10 dm 3.
Kirjasta Korkealujuuksisten betonien suhteitus ; Penttala V. et. al. (1990). Julkaisu 108. Kuva sivulta 39.
Suhteituksen kulku 7. Yhdistetään runkoaine 8. Määritetään annoksen osa-aineet 9. Tehdään koevalu
Tehtävä 1 Suhteita K100 betoni (28 vrk iässä), sideaineena CEMI ja 8 % silikaa.
1. Suhteituslujuus Oletetaan hajonnan olevan 10 MPa K s = 110MPa 2. Määritetään sideainemäärä
Saadaan sideainemääräksi 630 kg/m3
3. Lasketaan sideainemäärästä sementin ja seosaineiden osuudet (eli sementin ja silikan osuudet). Sideainemäärä (C+2,5 Si+0,3 Lt+Mk) C+2,5 0,08C = 630 C(1+0,2) = 630 C = 525 kg/m 3 ja Si = 42 kg/m 3 4. Määritetään tehonotkistimen määrä kuvasta
Saadaan notkistinmääräksi 3,3 % 0,033*(525+42) = 18,7 kg/m 3
5. Määritetään vesimäärä kuvasta Saadaan (W+Nt+I)/S = 0,25 (W+Nt+I)/(C+2,5*Si) = 0,25 (W+18,7+10)/(525+2,5*42) W = 0,25(630) 18,7 10 W = 128,8 kg/m 3
6. Lasketaan runkoaineen määrä betonin perusyhtälöllä + W + N + I + + + + = 1000 eli + 128,8 + 18,7 + 10 + + = 1000 Q R = (1000 128,8 18,7 10 169,4 19,1) * 2,68 Q R = 654 dm 3 = 1753 kg/m 3
Tehtävä 2 Suhteita betonia, jonka 150 mm:n särmäisillä kuutioilla määritetty vertailulujuus on 55 MPa yhden vuorokauden iässä. Sideaineena CEMI, 10 % silikaa ja 30 % lentotuhkaa.
Ratkaisu Suhteitusohje on laadittu 100 mm särmäisten kuutioiden puristuslujuustulosten pohjalta. 100 mm kuutioilla määritetty puristuslujuus on noin 5 % 150 mm:n kuutioilla määritettyä lujuutta suurempi. 100 mm:n kuutioilla määritetty lujuus tulee siis olla 55*1,05 = 58 MPa Hajonnan osuuden oletetaan olevan 5 MPa, jolloin K s = 63 MPa.
28 vuorokauden lujuus saadaan kuvaajasta K s 28 vuorokauden iässä on 85 MPa Määritetään sideainemäärä
Sideainemäärä kuvaajasta Saadaan sideainemääräksi 440 kg/m 3
Sideainemäärä (C + 2,5Si + 0,3Lt) = 440 Si = 0,1C Lt = 0,3C C (1 + 2,5*0,1 + 0,3*0,3) = 440 C = 328,4 kg/m 3 Si = 32,8 kg/m 3 Lt = 98,5 kg/m 3 Määritetään tehonotkistimen määrä
Saadaan notkistinmääräksi 2,8 % 0,028*(328,4 + 32,8 + 98,5) = 12,9 kg/m 3
Määritetään vesimäärä kuvasta Saadaan (W+Nt+I)/S = 0,39 (W+12,9+10)/(440) = 0,39 W = 0,39(440) 12,9 10 W = 148,7 kg/m 3
Lasketaan runkoaineen määrä betonin perusyhtälöllä +W+ N + I+ + + + = 1000 eli + 148,7 + 12,9 + 10 + + + = 1000 Q R = (1000 148,7 12,9 10 105,9 14,9 42,8) * 2,68 Q R = 664,8 *2,68 = 1782 kg/m 3
Tehtävä 3 Tehtävän 2 betonimassan notkeudeksi saatiin koevalussa 4 svb ja yhden vuorokauden puristuslujuudeksi saatiin 58 MPa. Korjaa suhteitusta.
Ratkaisu Puristuslujuus on siis alle suhteitusarvon (K s1 = 63) ja lisäksi massa on liian jäykkää Valitaan K s28 = 85 + 5 = 90 MPa Määritetään uusi sideainemäärä
Sideainemäärä kuvaajasta Saadaan sideainemääräksi 460 kg/m 3
Sideainemäärä (C + 2,5Si + 0,3Lt) = 460 Si = 0,1C Lt = 0,3C C (1 + 2,5*0,1 + 0,3*0,3) = 460 C = 343,3 kg/m 3 Si = 34,3 kg/m 3 Lt = 103,0 kg/m 3 Määritetään tehonotkistimen määrä
Saadaan notkistinmääräksi 3,0 % mutta koska edellinen betonimassa jäi liian jäykäksi, korotetaan tehonotkistimen annostusta ja valitaan määräksi 3,2 % 0,032*(480,6) = 15,4 kg/m 3
Määritetään vesimäärä kuvasta Saadaan (W+Nt+I)/S = 0,35 (W+15,4+10)/(460) = 0,35 W = 0,35(460) 15,4 10 W = 135,6 kg/m 3
Tehtävä 4 Mitä asioita tulisi ottaa huomioon suhteitettaessa pumpattavaa betonia? Entä betonia, jolta vaaditaan kovaa kulutuskestävyyttä?
Pumpattava betoni Runkoaineen rakeisuuskäyrän tulee olla jatkuva Liiallinen veden erottuminen on usein seurausta epäjatkuvasta runkoaineen rakeisuudesta tai karkeasta hiekasta, joka aiheuttaa karkeimpien sementtirakeiden ja betonin hienojakoisempien aineiden väliin epäjatkuvuuskohtia. Riittävästi hienoainesta (sementti, seosaineet, filleri), murskeen käyttö lisää hienoainestarvetta. Sementtiä 240-400 kg/m 3 Hienoainesmäärä <0,25: 350-500 kg/m 3
Notkeus S4 S2 (S1) Notkistimet parantavat pumpattavuutta Huokostimet saattavat vaikeuttaa Ilmamäärä vähenee pumpattaessa Maksimiraekoko 1/3 jakeluputken halkaisijasta
Kova kulutuskestävyys Sementtikivi heikoin lenkki, kiviaines kestävin osa Suuri runkoainemäärä tavoitteena Alennetaan 0,125mm ja 4mm seulan läpäisyarvoja Ei vetelää betonimassaa Tehonotkistimet hyödyksi Riittävä lujuus
Muita erikoistapauksia Vedenpitävyys Lujuus, vesi-sementtisuhde Jäykkä betonimassa Notkistimet Normaalia suurempi sementtimäärä sekä riittävä hienoainesmäärä Normaalia pienempi raekoko Betonoinnilla ja jälkihoidolla suuri merkitys Ei mielellään lämpökäsittelyä Kemiallinen kestävyys Käydään tarkemmin läpi myöhemmässä laskuharjoituksessa By50 Oikea sementtilaji Suuri lujuus, alhainen vesi-sementtisuhde -> tiivis betoni Tehonotkistimet silika
Pitkä kuljetusmatka Riittävä notkeus, hidastin Notkistin Riittävä hienoainesmäärä erottumisen ehkäisemiseksi Ilmamäärä vähenee Kevytrunkoainebetonit RA:n vedenimu Sementtimäärä lujuus Alhainen lämmönkehitys