Kuvapaikka (ei kehyksiä kuviin) Ilma betonissa Betonitutkimusseminaari 2017 TkT Anna Kronlöf, FM Jarkko Klami VTT Expert Services Oy
En kyllä tajua, mistä betoniin tulee ylimääräistä ilmaa.
Betonissa on kahdenlaista ilmaa 31/10/2017 4
Suojahuokoset. Muodostuvat betonin sekoituksessa. Pyöreitä Koko (d) 20 800 µm Etäisyys noin 0,5 mm Suojahuokoset ovat välttämättömiä pakkasenkestävyyden kannalta. Niitä tarvitaan. 31/10/2017 5
Tiivistyshuokoset Muodostuvat valussa. Ilmatilat jäävät valussa betoniklönttien välitiloihin. Voivat olla suuria tai pieniä Voivat olla minkä muotoisia tahansa Tiivistyshuokoset eivät ole toivottuja. Ne alentavat betonin lujuutta, mutta ei paranna ominaisuuksia. 31/10/2017 6
Tiivistyskuokoset Ilmatilat jäävät valussa betoniklönittien välitiloihin. Voivat olla suuria tai pieniä Voivat olla minkä muotoisia tahansa Tiivistyskuokosia ei käsitellä edempänä. 31/10/2017 7
Suojahuokoset 1. Suojahuokoset muodostuvat, kun ilma sekoittuu betoniin. 2. Huokostava lisäaine ajautuu ilman ja veden rajapintaan. Molempiin tarvitaan aikaa. Suojahuokoset ovat jo olemassa, kun massa valetaan. Suojahuokosten ilma on tavallista ilmaa 31/10/2017 8
Huokostin
Huokostin Suuntautuu ilmaan päin. Negatiivinen varaus. => Repuliso pitää kuplat erillään. Huokostin sitoo suojahuokoset betoniin. Ilman huokostinta huokoset poistuvat helposti betonista. 31/10/2017 10
Miksi suurempi huokostinannostus tuottaa enemmän ilmaa?
Huokostinannostus Suurempi huokostinannostis sitoo enemmän ilmahuokosia. Huokostimen määrä rajoittaa muodostuvan pinta alan määrää. Enemmän huokostinta enemmän suojahuokosia. 1 annos 2 annosta
Notkistin
Notkistin
Notkistin
Notkistin + huokostin Huokostimen muodostuminen tunnettu ilmiö. Sitä säädellään notkistimeen lisätyillä aineilla. Ns. ilmanpoistaja
Notkistinmolekyylin osat voivat toimia huokostimena ja lisätä ilmapitoisuutta.
Ilma huokosten sisällä
Suojahuokoset eivät ole tyhjiä. Huokoset sisältävät ilman molekyylejä (80 % typpeä, 20 % happea.) Ilman molekyylien pitää päästä huokosen sisään. Sekoitus sekoittaa ilma betoniin Hämmentäminen ei riitä. Huokosissa ei ole tyhjiötä. O 2 O 2 Ilma pitää sekoittaa betonin sisään. 31/10/2017 19
Voiko betonia muodostua ilmaa itsestään ilman sekoitusta? Pääsääntöisesti ei. Pari poikkeusta. Näissäkään tapauksissa ei muodostu lisää mokekyylejä. 1. Erittäin pienet ilmahuokoset. 2. Veteen liuennut ilma.
1. Erittäin pienet ilmahuokoset. Pienessä huokosessa on korkeampi paine. Kontaktissa, pienempi huokonen tyhjenee suurempaan. Kaasumolekyylit : Tilavuudet: n a + n b = n a + n b V a ja V b < V a + V b Samoista molekyyleistä muodostuu lisää tilavuutta. O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 N2 31/10/2017 21
1. Erittäin pienet ilmahuokoset. Paine-erolla on merkitystä, kun halkaisija on alle 10 µm. Alle 10 µm huokoset eivät näy hieessä. Pintajännitys 0,072 N/m 31/10/2017 22
Yhdistyminen betonissa. Betonissa yhdistyminen voi jäädä puolitiehen, johtuen pastan korkeasta viskositeetista. O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 31/10/2017 23
2. Veteen liuennut ilma Vedessä on luennutta ilmaa ja ylikylläistä ilmaa. Vaikutus maksimissaan alle 0,5 %. Veteen liuennut ilma ei selitä betonin ylimääräistä ilmaa.
Suojahuokosten liikkuminen tuoreessa betonissa 31/10/2017 25
Suojahuokosten liikkuminen tuoreessa betonissa Huokosten liikkuessa niillä on mahdollisuus yhdistyä. - sekoituksessa, - kuljetuksessa - vibrauksessa - nosteen vaikutuksesta Yhdistyessä niiden koko kasvaa ja liike nopeutuu. Noste johtaa ilmapitoisuuden pienenemiseen. Ainoastaan erittäin pienten kuplien yhdistyminen voi teoriassa johtaa ilmapitoisuuden kasvuun. 31/10/2017 26
Nosteen vaikutus ilman liikkumiseen. Suuret huokoset nousevat nopeammin kuin pienet. Suojahuokosten on tarkoitus pysyä betonissa. 31/10/2017 27
Voiko kuplissa olla jotain muuta kaasua kuin ilmaa? 31/10/2017 29
Voiko kuplissa olla jotain muuta kaasua kuin ilmaa? 1. Vetyä H 2 muodostuu betonissa metallisen alumiinin ja emäksisen liuoksen välisessä reaktiossa. 2. Ammoniakkia NH 3 muodostuu ammoniumioneja ja amiineja sisältävistä yhdisteistä. Urea, proteiinit. Ammoniakki haisee voimakkaasti. Havaittaan hajun perusteella. Molemman ovat poikkeustapauksia. Ei voi olla muuta kaasua. 31/10/2017 30
KIITOS! Jarkko jatkaa. 31/10/2017 31
Mikroskooppikuvia vuosien 2016 2017 betonien huokosrakenteista OHUTHIE Kovettuneesta betonista tehty leike, paksuus noin 25 30 μm Voidaan hyödyntää mm. betonin mikrorakenne ja huokosrakennetutkimuksissa 31/10/2017 32
Tavanomainen huokosrakenne Huokosjako L 0,20 mm kiviaines Suojahuokoset n. 2,5 til-% Kokonaisilma n. 3 til-% sementtipasta huokoset 31/10/2017 33
Runsaasti pieniä ja pyöreitä suojahuokosia Huokosjako L 0,10 mm Suojahuokoset n. 8-10 til-% Kokonaisilma n. 11-12 til-% Betonin tiheys n. 2000 kg/m 3 31/10/2017 34
Tavoiteltua suurempi ilmapitoisuus heikentää betonin lujuutta 31/10/2017 35
Yhdistyneitä suojahuokosia 31/10/2017 36
Kymmenien suojahuokosten muodostama rypäs 31/10/2017 37
Suojahuokosten muodostama rypäs 31/10/2017 38
Huokosten yhdistyminen ja liikkuminen 31/10/2017 39
Huokosten yhdistyminen ja liikkuminen 31/10/2017 40
Epähomogeeninen sementtipasta 31/10/2017 41
Epähomogeeninen sementtipasta 31/10/2017 42
Epähomogeeninen sementtipasta 31/10/2017 43
Epähomogeeninen sementtipasta Mahdollisia syitä epähomogeeniselle sementtipastalle: Sementtipartikkeleiden epätasainen jakautuminen betonimassassa? Epähomogeeninen hydratoituminen? Nopea kuivuminen? Joku muu? 31/10/2017 44
Tavoiteltu huokosjako noin 0,20 mm Mitattu huokosjako > 0,40 mm (0,58) Epäonnistunut betonin huokostus Kokonaisilma n. 13-15 til-% Betonin tiheys < 2000 kg/m 3 31/10/2017 45
KIITOS! 31/10/2017 46
31/10/2017 47
Ei metalleja sisältäviä kaasuja 31/10/2017 48
Ei jalokaasuja Ei metalleja sisältäviä kaasuja 31/10/2017 49
Ei jalokaasuja Kaasumaset yhdisteet ovat vesiliukoisia. Eivät muodosta kuplia. Ei metalleja sisältäviä kaasuja 31/10/2017 50
Ei jalokaasuja Kaasumaset yhdisteet ovat vesiliukoisia. Eivät muodosta kuplia. Ei metalleja sisältäviä kaasuja Hiili ( C ) muodostaa monia orgaanisia kaasumaisia yhdisteitä. Niitä ei voi muodostua betonissa. Hiili voi muodostaa CO 2 tai CO, mutta ne ovat vesiliukoisia. 31/10/2017 51
31/10/2017 52