Mitä betoni on? - · PDF fileSuomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen 1 (95) Mitä...
Transcript of Mitä betoni on? - · PDF fileSuomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen 1 (95) Mitä...
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
1 (95)
Mitä betoni on?
Perustietoa betonista 2016
Risto Mannonen Suomen Betoniyhdistys ry
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
2 (95)
Betoni Määritelmä Rakennusaineena käytettävä, betonimassasta kovettumalla syntyvä tekokivi. Ihmisen maailmassa eniten valmistama materiaali. Syyt materiaalin laajaan käyttöön ovat mm.: •Raaka-aineita helposti saatavissa ja valmistettavissa •Yksinkertaisen betonin valmistaminen ei vaadi korkeaa ammattitaitoa •Lopputulos kestää kosteutta
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
3 (15)
Vuonna 2014 sementtiä valmistettiin maailmassa 4,3 miljardia tonnia.
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
4 (95)
Tällä määrällä valetaan yli 10 miljardia m3 betonia Tällä betonilla voitaisiin valaa Kairon suuria pyramideja joka toinen tunti!
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
5 (95)
Betonin koostumus
Yleisimmin betonin koostumus ilmoitetaan sementin, kiviaineksen ja veden massamäärinä ja ilman tilavuutena kuutiometriä kohden. Koostumus voitaisiin esittää myös paino- tai tilavuusosuuksina, tai –prosentteina. Seuraavassa yksi esimerkki tavallisen betonin koostumuksesta em. tavoilla ilmoitettuna: määrä/m3 paino-% tilavuus-% sementti 250 kg 10,6 8 kiviaines 1920 kg 81,7 72 vesi 180 kg 7,6 18 ilma 20 dm3 - 2
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
6 (95)
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
7 (95)
Betonin ominaisuudet Betonimassan, eli sementin, runkoaineen, veden ja mahdollisten lisäaineiden ennen kovettumistaan muodostaman seoksen, keskeinen ominaisuus on työstettävyys. Riittävä notkeus takaa hyvän työstettävyyden. Notkeus määritetään yleensä: painumana leviämänä muodonmuutosaikana Lisäksi itsetiivistyvällä betonilla on omat notkeusluokitukset
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
8 (95)
Painumaluokat
Luokka Painuma mm S1 S2 S3 S4 S51)
10…40 50…90 100…150 160…210 ≥220
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
9 (95)
Leviämäluokat
Luokka Leviämän halkaisija
mm F11) F2 F3 F4 F5
F61)
≤ 340 350…410 420…480 490…550 560…620 ≥ 630
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
10 (95)
Lujuus Kovettuneen betonin ominaisuuksista lujuus on eniten seurattu. Puhekielessä lujuus = puristuslujuus Betonin luokitellaan nimellislujuutensa mukaan: esim. K30 = 30 MN/m2 tai 30 N/mm2 tai 30 Mpa (ikivanha tapa oli ilmoittaa tämä 300 kg/cm2) Myös muita lujuuksia mitataan ja vaaditaan, kuten esimerkiksi taivutus- tai halkaisulujuuksia
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
11 (95)
Betoni kestää puristusta hyvin. Perusbetonista (K30) voitaisiin puristuslujuuden perusteella tehdä yli kilometrin korkuinen tasapaksu torni. Betonilla on huono vetolujuus. Kuorma-auton pyörä riittää katkaisemaan lujan epätasaisesti tuetun laatan helposti. Tämän vuoksi betoni joudutaan yleensä raudoittamaan!
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
Esimerkki: 1 betonilaatta 50 cm * 50 cm *5 cm
kestää 1000 tonnia tasaista kuormitusta
12 (95)
Laatta kestää 50 täyden betoniauton painon
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
Esimerkki: betonilaatta 50 cm * 50 cm *5 cm ei kestä epätasaista kuormitusta
13 (95)
Yhden henkilöauton paino riittää katkaisemaan laatan
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
14 (95)
Raudoitetun rakenteen toiminta
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
15 (95)
Leikkauksen vaikutus
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
16 (95)
Pilarin raudoitus
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
17 (95)
Säilyvyys
Paitsi mekaaniselle rasitukselle, betoni joutuu myös ympäristörasituksille alttiiksi. Suomessa merkittävät betonin elinikää rajoittavat rasitukset johtuvat pakkasesta ilman hiilidioksidin ja sementin hydrataatiotuotteiden välisistä reaktioista jotka johtavat betoniterästen ruostumiseen
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
18 (95)
Betonimateriaalit
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
19 (95)
Betonin osa-aineet
Sideaineet: sementti seosaineet Lisäaineet Kiviaineet
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
20 (95)
Rakennussementit
Kalkkikivestä sementiksi
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
21 (95)
Sementtiä valmistetaan tarkassa valvonnassa
=
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
22 (95)
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
23 (95)
Sementin ominaisuudet
• Kemiallinen koostumus, seosaineet • Sementin reaktiot veden kanssa
– reaktiotuotteena luja ja kestävä sementtikivi – ensin aluminaattiyhdisteet (kipsi) – lujuudenkehitys: C3S ja C2S
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
24 (95)
Sementti veden lisäyksen jälkeen Plastinen tila
– Betoni sekoitettavissa ja valettavissa Sitoutuminen
– plastisuuden menetys – lämpötila riippuvainen
Lujuuden kehitys – alkaa ~ 4 - 6 tunnin kuluttua – jatkuu niin kauan kuin vettä ja sementtiä on
käytettävissä
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
25 (95)
10
20
30
40
50
60
70
80
1 10 100
Puri
stus
luju
us (M
Pa)
Ikä (d)
Sementtien lujuudenkehitys
PikaRapidMegaYleisSRValko
1 2 7 28 91
SFS-EN 196-1
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
26 (95)
Hienous
• ominaispinta-alan mukaan (Blaine) • 300…550 m2/kg • suurempi ominaispinta-ala • > enemmän reaktiopinta-alaa • > sitoutuminen ja lujuudenkehitys nopeutuu • vedentarve • Pika~ 530 m2/kg, SR~ 330 m2/kg, Valko ~ 400 m2/kg
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
27 (95)
Sementtilajin tunnus – CEM I Portlandsementti – CEM II Portlandseossementti – CEM III Masuunikuonasementti – CEM IV Pozzolaanisementti – CEM V Seossementti
– sisältää seosainetunnuksen
Lujuusluokan tunnus – 32,5 , 42,5 tai 52,5
Varhaislujuuden tunnus – R tai N
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
28 (95)
• 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 Pääsääntöisesti
– CEM I sivuosa-aineita 0…5 % – CEM II/A seosaineita 6…20 % – CEM II/B seosaineita 21…35 %
Sementtien seosaineet
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
29 (95)
SFS-EN 197-1: Vaatimukset lujuusluokittain
Lujuusluokka
Puristuslujuus MPa
Sitoutumisajan alku
Tilavuuden pysyvyys ( paisuma)
Varhaislujuus Standardilujuus
2 vrk 7 vrk 28 vrk min mm 32,5 N - ≥ 16,0
≥ 32,5 ≤ 52,5 ≥ 75
≤ 10
32,5 R ≥ 10,0 -
42,5 N ≥ 10,0 - ≥ 42,5 ≤ 62,5 ≥ 60
42,5 R ≥ 20,0 -
52,5 N ≥ 20,0 - ≥ 52,5 - ≥ 45
52,5 R ≥ 30,0 -
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
30 (95)
Seosaineet Suomessa käytettävät betonin seosaineet ovat: Lentotuhka Masuunikuona Silika Seosaineita käytetään paitsi pienentämään sideainekustannuksia
myös kun betonille tavoitellaan uusia ominaisuuksia. Tällaisia ominaisuuksia on esimerkiksi:
sulfaatinkestävyys alhainen hydrataatiolämpö kemiallinen kestävyys koossapysyvyys vesitiiveys
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
31 (95)
Lentotuhka Lentotuhka on pozzolaaninen aine, se tarkoittaa, että lentotuhka reagoi sementin hydrataatiossa syntyvän kalsium hydroksidin kanssa muodostaen kalsiumsilikaattihydraatti- geeliä. Betoninormin mukaan suurin sallittu lentotuhkalisäys betoniin on 45 % ja pakkasrasitetuissa ja eräissä kloridille alttiissa rakenteisssa 30 % portlandsementtimäärästä. Vähän rasitetuissa rakenteissa (rasitusluokat X0 ja XC1) lentotuhkalisäys voi olla merkittävästi suurempikin.
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
32 (95)
Lentotuhkan rakenne
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
33 (95)
Masuunikuona Masuunikuonaa syntyy raakaraudan valmistuksen sivutuotteena. Kuonan sideaineominaisuudet riippuvat paitsi kuonan kemiallisesta koostumuksesta niin varsinkin sulan kuonan jäähdytystavasta. Nopeasti veden avulla jäähdytetyllä, eli granuloidulla, kuonalla on sementtisiä ominaisuuksia.
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
34 (95)
Silika Silikaa syntyy piin ja ferropiin valmistuksen yhteydessä, kun prosessissa syntyvää SiO2-kaasua kiinteytetään. Se on erittäin hienojakoista amorfista piidioksidia ja on kuten lentotuhka pozzolaani. Betonitekniikassa Suomessa silikaa on käytetty ”perinteisesti” korkealujuuksisten betonien valmistamisessa. Tiehallinnon Sillanrakentamisen yleisissä laatuvaatimuksissa, Betonirakenteet SYL 3, sanotaan silikasta seuraavaa: Jos sulfaatinkestävää portlandsementtiä käytetään kloridikorroosio-rasitetuissa rakenneosissa kuten meriveden vaihtelualueen ja roiskeiden alaisissa rakenteissa, reunapalkeissa ja risteys- ja alikulkusiltojen pilareissa, lisätään betonin tiiviyden parantamiseksi betonimassaan silikaa 3 – 5 % sideaineen määrästä. Silikan käyttö kasvattaa betonin vedentarvetta. Silikan kanssa on aina käytettävä notkistavia lisäaineita.
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
35 (95)
Silikarakeen halkaisija on 0,1-0,3 μm
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
36 (95)
Osa-aineiden tyypillisiä hienouksia (ominaispinta-ala Blaine)
Sementti 350 – 600 m2/kg Kuona 400 m2/kg Lentotuhka 250 m2/kg Kiviaineksen <0,125 mm 100 m2/kg Silika 20 000 m2/kg
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
37 (95)
Betonin lisäaineet
Betonitekniikassa kutsutaan lisäaineiksi betonimassaan pieninä annostuksilla lisättäviä kemiallisia yhdisteitä, jotka vaikuttavat joko tuoreen tai kovettuneen betonin ominaisuuksiin.
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
38 (95)
Yleistä Syyt lisäaineiden käyttöön voivat olla taloudellisia, eli lisäainetekniikalla pienennetään raaka-ainekustannuksia. Tyypillinen sovellus on esimerkiksi, kun notkistinta käytetään sementin vähentämiseen tai alkulujuutta nostetaan kiihdytintä lisäämällä. tai teknisiä, eli lisäainetekniikalla tavoitellaan ominaisuuksia, joita ei ilman lisäaineita kyetä saavuttamaan. Tällaisia sovelluksia ovat mm. pakkasenkestävät, nesteytetyt tai itsetiivistyvät betonit sekä korkealujuusbetonit.
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
39 (95)
Lisäainetyypit • Notkistimet • Tehonotkistimet ja nesteyttimet • Huokostimet • Kiihdyttimet • Hidastimet • Tiivistysaineet • Injektioaineet • Muut
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
40 (95)
Tehonotkistimen käyttö
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
41 (95)
Kiihdyttimen ja hidastimen vaikutus lujuudenkehitykseen
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
42 (95)
Kiviainekset Valtaosa betonin tilavuudesta on runkoainetta eli yleensä kiveä. Idea betonin valmistuksessa onkin juuri se, että betoni sisältää mahdollisimman paljon kiveä, joka sitten liimataan sementtiliimalla kiinni toisiinsa. Kiviaineksen suuren tilavuusosuuden saamiseksi tulee kiviaineksen olla hyvin pakkautuvaa, eli raekooltaan sellaista, että tiivistämisen jälkeen kiviainesrakeiden välissä on mahdollisimman vähän tyhjää tilaa,
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
43 (95)
Kiviainekset Betonissa käytetyt kiviainekset ovat joko luonnon muovaamaa tai kalliosta tai sorasta murskattua ja seulottua kivimateriaalia. Betonia valmistettaessa kiviaineesta on tiedettävä: Rakeisuus (raekokojakauma) Kiintotiheys Vedenimu Kosteus
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
44 (95)
Sallitut poikkeamat 4/12
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
45 (95)
Kiintotiheys ja vedenimeytyminen
• Määritetään standardin SFS-EN 1097-6
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
46 (95)
Vesi betonin valmistamisessa
Vettä tarvitaan betonin valmistamisessa, jotta: Betonimassalle saadaan riittävä notkeus Sementti tarvitsee kovettumiseensa vettä Betonin lujuus määräytyy betonin vesi-sementtisuhteen mukaan, eli suuret vesimäärät johtavat suuriin sementtimääriin ja siten kalliiseen betoniin.
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
47 (27)
0
20
40
60
80
100
0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00
puris
tusl
ujuu
s M
Pa
vesi-sementtisuhde
Vesi-sementtisuhteen yhteys betonin puristuslujuuteen eri sementeillä
(betoni huokostamaton, ilmaa 20 dm3/m3)
Yleis N=50 MPa
Rapid N=55 MPa
Valko N=77 MPa
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
48 (95)
Veden soveltuvuus betonin valmistukseen SFS-EN 1008 mukaan
• Talousvesi soveltuu aina • Betoniteollisuuden kierrätysvesi, pohjavesi,
luonnon pintavesi tai teollisuuden jätevesi soveltuu usein, mutta ne on aina on testattava
• Merivesi ei sovellu raudoitetun tai jännitetyn betonin valmistukseen
• Viemärivesi ei sovellu betonin valmistukseen
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
49 (95)
Suuret vesimäärät
Vesimäärän liian suuri määrä betonin betonin valmistamisessa johtaa usein rakenteen halkeiluun johtuen kuivumiskutistumasta massiivisten rakenteiden lämmönkehityksestä, koska vesimäärän kasvaessa myös sementtiä on lisättävä massaan
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
50 (95)
Vesi valun jälkeen
Betonin kovettuminen perustuu sementin ja veden reaktioon, siksi on tärkeää, että betoni ei valun jälkeen kuivu, vaan pidetään kosteana = jälkihoito Vaadittava jälkihoitoaika riippuu betonin lämpötilasta ja betonille asetettavista vaatimuksista. Kesällä viikko lienee käytännössä minimiaika. Talvella tarvittava aika voi olla paljon pitempikin. Erityisen vahingollista on, mikäli vesi haihtuu betonin pinnalta betonin ollessa vielä plastisessa tilassa!
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
51 (40)
Plastinen kutistumahalkeilu
Määritelmä: Plastinen kutistumahalkeilu alkaa, kun tuoreen betonimassan pinnalta haihtuu enemmän vettä kuin betonista erottuu
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
52 (40)
Plastinen kutistuma
Plastinen kutistuma ja siitä johtuva halkeilu on ensikädessä riippuvainen ulko-olosuhteista ja betonin lämpötilasta. Toisaalta betonin vähäinen vedenerottuminen kasvattaa halkeilun riskiä.
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
53 (40)
Veden haihtuminen betonipinnasta
kertoo ilmassa olevan veden määrän
kertoo betonin kyvystä haihduttaa vettä
kertoo haihtumisnopeuden ja tuulen vaikutuksen siihen
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
54 (40)
Veden haihtuminen
vettä haihtuu sitä enemmän, mitä lämpimämpää betoni on
H2O
vettä haihtuu sitä enemmän, mitä vähemmän ilmassa on vettä vettä haihtuu sitä enemmän,
mitä kovempi on tuuli
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
55 (40)
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
56 (40)
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
57 (40)
Kuivumiskutistuma
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
58 (40)
Kuivumiskutistuma on seurausta ylimääräisen veden haihtumisesta kovettuneesta betonista. Kutistuma on sitä suurempi mitä enemmän betonin valmistamiseen on käytetty vettä Suuret kutistumat johtavat betonin halkeiluun
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
59 (40)
Kiviaineksen ylänimellisrajan vaikutus kuivumiskutistumaan
K30 BETONI, YLEISSEMENTTI
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
0 50 100 150 200 250
Painuma /mm
Kutis
tum
a, m
m/m
8 mm16 mm32 mm 64 mm
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
60 (40)
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
61 (95)
Betoni ja lämpö
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
62 (95)
Betonin lämpötilaa on seurattava, koska lujuudenkehitys johtuu paitsi ajasta varsinkin rakenteen lämpötilasta. Lujuus tulee tietää, jotta tiedetään, koska muotit voidaan purkaa koska jälkihoito voidaan lopettaa koska jäätymislujuus saavutetaan Lisäksi liian korkea lämpötila vahingoittaa betonia.
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
63 (95)
Betonimassan lämpötila
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
64 (95)
Lujuusvaatimuksia
0,5 – 0,8 K
Älä päästä kuivumaan
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
65 (95)
Betonin jäätyminen Betoni ei saa jäätyä nuorena (lujuus < 5 MPa) Oheinen tapaus Lahdesta 1963
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
66 (95)
Jälkihoidon tarve
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
67 (95)
Korkeat lämpötilat
Liian korkea lämpötila aiheuttaa ensisijassa lujuuskatoa ja saattaa myös johtaa myöhemmin betonin vaurioitumiseen. Korkeita lämpötiloja esiintyy kovassa lämpökäsittelyssä massiivirakenteissa
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
68 (95)
Esimerkki massiivirakenteesta Lä
mpö
tila
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
69 (95)
Betonin väri Betonin väriin vaikuttaa: Sementin väri (harmaa- / valkosementti) Kiviaineksen hienon osan väri Käytetyt pigmentit Vesi-sementtisuhde Useat betonin valuvaiheen olosuhteet: betonin lämpötila jälkihoito muottimateriaali yms.
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
70 (95)
Esimerkki vaaleusvaihtelusta Keilaniemessä
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
71 (95)
Väribetonit
• Musta rautaoksidi • Punainen rautaoksidi • Keltainen rautaoksidi • Ruskea rautaoksidi • Vihreä kromioksidi vihreä • Valkoinen titaanioksidi • Sininen (kobolttipohjainen)
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
72 (95)
BETONIN OMINAISUUDET
JA VAATIMUKSET
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
73 (95)
Kaikkea Suomessa valmistettavan betonin ja rakenteiden laatua valvotaan kolmannen osapuolen toimesta (yleisimmin Inspecta-Sertifiointi) Betonin osalta tutkittavia ominaisuuksia on puristuslujuus notkeus pakkasenkestävyys Rakenteiden tulee olla suunnitelmanmukaisia. Tärkeä seikka on terästen suojabetonipeitteen paksuus.
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
74 (95)
Puristuslujuuden valvonta
Vaatimukset on annettu yksittäiselle koetulokselle jokaiselle betonilaadulle (jäsenelle) ko. betonityypin koko tuotannolle (perheelle)
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
75 (95)
Notkeuden valvonta
Nykyisin betonit luokitellaan notkeutensa perusteella valvottavissa oleviin luokkiin. Aikaisemmin luokitus tapahtui vaikeasti mitattavan muodonmuutosajan perusteella. Nyt notkeus luokitellaan pääsääntöisesti painuman mukaan.
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
76 (95)
Pakkasenkestävyys
Pakkasenkestävyys todetaan seuraavasti: Muodostetaan samantapaisista betoneista arvosteluerä Betonille tehdään ennakkokokeet Laatua valvotaan tuotannon aikana Määräajoin tehdään tasokokeet
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
77 (95)
Betonissa syntyy pakkasvaurioita, kun huokosissa oleva vesi jäätyy. Koska jään tilavuus on vettä suurempi, synnyttää jäätyvä vesi painetta, joka rikkoo ympäröivää betonia. Betonin valmistamisessa käytetty vesi on kovettuneessa betonissa kolmessa eri muodossa: kemiallisesti sitoutuneena sementtiin geelihuokosissa kapillaarihuokosissa
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
78 (95)
Kemiallisesti sitoutunut vesi
Sementtiin täydellisesti hydratoituessa siihen sitoutuu kemiallisesti noin 25% vettä sementin painosta. Yksinkertainen yhtälö kuvaa tätä kemiallista reaktiota: CaO + H2O → Ca(OH)2 Kalsiumhydroksidia on kovettuneessa betonissa omana mineraalina, portlandiittina sekä muissa hydrataatiotuotteissa, esimerkiksi kalsiumsilikaattihydraattigeelissä (CSH-geeli)
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
79 (95)
Geelihuokoset
Geelihuokosia syntyy hydrataation sivutuotteena. Niiden tilavuus koko sementtigeelin tilavuudesta on noin neljännes . Geelihuokoset ovat kooltaan erittäin pieniä, läpimitaltaan vain noin 0,1...5 nm. Geelihuokoset ovat normaaliolosuhteissa aina veden täyttämiä. Siitä huolimatta ne ovat pakkasenkestävyyden kannalta ongelmattomia, sillä niissä esiintyvä vesi ei huokoskoon pienuuden vuoksi yleensä jäädy normaaleissa ulko-olosuhteissa.
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
80 (95)
Kapillaarihuokoset Sementti tarvitsee täydelliseen hydrataatioon noin 45% painostaan vettä, eli 25% kemiallisesti sitoutuneena 20% geelihuokosten täytteeksi Loput sekoitusvedestä muodostavat kapillaarihuokosia. Korkea vesi-sementtisuhde saa aikaan betonissa suuren kapillaarihuokoisuuden.
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
81 (95)
Betonin huokostaminen Tehokkain tapa vaikuttaa betonin pakkasenkestävyyteen on betonin lisähuokostaminen. Huokostavia lisäaineita käyttämällä sementtikiveen saadaan syntymään läpimitaltaan noin 0,01...0,5 mm olevia suojahuokosia, jotka eivät kapillaarisen imun vaikutuksesta täyty vedellä. Näihin täyttymättömiin ilmahuokostiloihin kapillaarihuokosissa olevan veden jäätyessä syntyneiden jääkiteiden kasvun aiheuttama paine pääsee purkautumaan.
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
82 (95)
Suojahuokosten toiminta
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
83 (95)
Paitsi ilman määrä myös huokosjako on pakkasenkestävyyden kannalta tärkeä
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
84 (95)
Pakkasrapauma
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
85 (95)
Pakkasvaurio
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
86 (95)
Pakkassuolarapauma
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
87 (95)
Karbonatisoituminen
Sementtikiven karbonatisoituminen voidaan yksinkertaisesti esittää reaktioyhtälöllä: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O Näin emäksinen kalsiumhydroksidi muuttuu neutraaliksi kalsiumkarbonaatiksi. Ilman hiilidioksidipitoisuus on noin 0,3 ‰
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
88 (95)
Karbonatisoitumisnopeus
Siihen, kuinka nopeasti karbonatisoitunut kerros etenee betonissa vaikuttaa merkittävästi kaksi seikkaa: betonin tiiveys betonin kosteustila
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
89 (95)
Betonin tiiveyttä kuvaa parhaiten vesi-sementtisuhde, (käytännöllisistä seikoista johtuen normeissa käytetään mittarina kuitenkin lujuutta) Karbonatisoituminen on nopeaa silloin, kun kapillaarihuokoset ovat ilmatäytteisiä, eli käytännössä sateelta suojassa olevissa rakenteissa. Nopeimmillaan karbonatisoitumisnen on noin 50% suhteellisessa kosteudessa.
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
90 (95)
Karbonatisoitumisnopeus sateelta suojassa
05
10152025303540
20 30 40 50 60 70 80 90 100
Kar
bona
tisoi
tum
issy
vyys
[mm
]
K-lujuus [MPa]
Karbonatisoituminen 50 vuodessa ilma 5 %
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
91 (15)
Karbonatisoitumisyvyys vs aika
0
10
20
30
40
50
60
0 100 200
karb
onat
isoi
tum
issy
vyys
mm
aika a
K30
K45
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
92 (95)
Korroosiotuotteet
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
93 (95)
Korroosiotuotteiden suuri tilavuus aiheuttaa terästen paisumista, joka johtaa myöhemmin vaurioitumiseen
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
94 (95)
Esimerkki pintaan jääneistä teräksistä
Suomen Betoniyhdistys r.y. Risto Mannonen
95 (15)
30 vuotta vanha ulkona sateelta suojassa ollut rakenne bukarestilaisella metroasemalla