Innhold. Bygningsmaterialer 10: * Betong. Tilslag. Tilslag (2)

Transkript

1 Bygningsmaterialer 10: * Betong Stefan Jacobsen Høgskolen i Narvik (42 s.) Innhold Tilslag Vann og tilsetningsstoffer Fersk betong Hydratisering iht. Powers Frysing av fersk betong Herdnet betong Spesialbetong Proporsjonering av betong Tilslag Utgjør normalt 60 >70 vol-% av betongen avhengig av type, gradering, kornform (pakningsgrad), ønsket betongegenskap Vanligst: sand (natur, knust) 0-8 mm og stein (singel, pukk) > 8 mm Tilslag < 0,125 mm kalles filler Norsk naturtilslag normalt av god kvalitet (eks.gneiss-granitt (Beisfjord, Rombak mm)). I Nord-Norge finnes imidlertid en del uønskede bergarter (Narvikområdet: eks. fyllittskifer) NB nye standarder; pren 12620, pren13043 Tilslag (2) Ideelt ønskes at tilslag i størst mulig grad fyller ut hulrommene ved at mindre partikler pakkes mellom større Betong er en kompositt hvor sementpasta (og filler) utgjør matriksfase, og tilslag utgjør partikkelfase 1

2 Tilslag (3) basisparametre Bestemmelse av korngradering Densitet partikkeldensitet ca 2700 kg/m 3 for norsk tilslag (gabbro opp til 3,1) bulkdensitet varierer. Eks.: 1850 kg/m 3 gir C 0,69 som gir behov for minimum (1-0,69) 0,31 m 3 matrixfase for å fylle opp og lime sammen betongen Absorpsjon (porøsitet): ca 0,4 vekt-% ( ca 1 volum-%) i de fleste norske naturtilslag Korngradering Gunstig korngradering for sand øvre og nedre kurve Finhetsmodul Vann og tilsetningsstoffer Vannets kvalitet: humus kan ødelegge betongens herding. Klorider (salt) må unngås pga bestandighet (armeringskorrosjon). Generelt er drikkbart vann godt nok. Tilsetningsstoffer: Vannreduserende (plastiserende/superplastiserende (P-/SP-stoff)) Luftporedannende Aksellererende Retarderende Fersk betong Bearbeidbarhet og støpelighet nødvendig for å kunne produsere homogene og komprimerte (makroporefri) betongprodukter Konsistens beskriver bearbeidbarhet/støpelighet og måles på fabrikk, byggeplass, og/eller laboratorium: Slump VeBe Utbredelse Synkutbredelse mm 2

3 Slump Slumputbredelse (SU/SUR) for SCC bildet viser SUR (Slumputbredelse med ring) Basiskrav til konsistens når betong fylles i form Slik at herdet betong blir homogen og uten støpesår, steinreir etc Stabilitet, dvs betongen må ikke separere: Vann må ikke flyte på toppen (noe bleeding kan være OK) Stein må ikke synke Pasta-/mørtel må ikke anrikes øverst Mulig inndeling av konsistens Betegnelse slump (mm) VeBe (s) Utbredelse (mm) Jordfuktig/stiv - > Stiv/plastisk Tungt flytende/flyt < 450 Flytbetong > (SCC)* - - (> 630??) *: egne metoder: Synkutbredelse mm NB inndelingen er orienterende, og det er ikke gitt at en og samme betong tilfredsstiller alle tre inndelinger Også andre metoder finnes for mer praktisk eller FoU-orientert bruk Der er viktig at konsistensen angis nøyaktig, f.eks. slump 170 mm Hydratiseringsgrad - α Angir hvor stor andel av sementen som har hydratisert fullstendig Kan måles som: Herdevarme; Q t (J/kg) varmemgd avgitt ved t i forhold til total varmeutvikling for aktuell sement: α Q t /Q Andel kjemisk bundet vann; W n (g/g sement), i forhold til mengde bundet ved full hydratisering: α W n /0,23 Andel fullstendig hydratisert sement; C n bestemt ved mikroskopi el.lign: α C n /C Beregnes utfra målt sugporøsitet (volumandel sementpasta må være kjent), se Powers 3

4 Herdet sement/betong Powers modell To typer porer i herdet sementpasta (HCP): Gel: nano- (molekylære) porer i CSH hvor vann er overflateadsorbert Kapillær: større porer hvor vann kan kondensere kapillært iht. Kelvin-Laplace (all porøsitet som ikke er gel) Studier av sorpsjon, porøsitet, densitet, kjemisk bundet vann mm på sementpastaer/sementer viste at: Hydratiseringsproduktene som dannes har ens sammensetning uavhengig av α og mengden er proporsjonal med α En konstant, minimum, gelporøsitet på 28 vol-% ( 3 monolag vannadsorpsjon, 3V m ) i de dannede hydratiseringsproduktene Powers modell forts. Kjemisk bundet vann ved fullstendig hydratisering: w n 0,23 g/g sement Kjemisk svinn/kontraksjon av kjemisk bundet vann: ΔV 0,254 w n Kjemisk svinn forårsaker kapillærporer dersom ikke nok vann finnes for hydratisering p Powers modell : volumandel porer, p (m 3 /m 3 ) ved hydratisering av 1 g sement total w / c 0,746wn w / c 0,746 0,23α w / c 0,172α 1/ 3,15 + w/ c 0,317 + w / c 0,317 + w/ c 0, 185α p gel 0,317 + w / c 0, 058α p selvuttørk 0,317 + w / c p cap, isol. herd w/ c 0,357α 0,317+ w/ c w / c 0,415α pcap, herdvann 0,317 + w / c Tilsvarer 3V m Tilsvarer ΔV 0,254 w n Tilsvarer p total -p gel Tilsvarer p total p gel p selvuttørk Boka s.228 (betong): P betong c/10*(w/c-0,19α)+l (%) Powers forts. Maks w/c for kapillærpore fri betong (HCP): Isolert herding: 0,357 Herding i vann: 0,415 Selvuttørking kan stanse hydratiseringen dersom RF < 80 % (Copeland and Bragg) (Høyfast betong er ca det samme som selvuttørkende betong: w/c for kapillærporefritt materiale varierer noe avhengig av bindemiddel Silikastøv gir større selvuttørking enn OPC mest effekt på RF ved lave w/c) 1V.: regneark Praktisk porøsitetformel for betong med normalvektstilslag P C/10 (w/c - 0,19α) + L hvor: P: Porøsitet [vol-%] C: sementinnhold [kg/m 3 ] L: luftinnhold [vol-%] Ung betong - fasthetsutvikling Herdetemperatur Fasthetsutvikling modenhet Oppsprekking ved fastholding og overskridelse av bruddtøyning: uttørk/plastisk svinn termisk kontraksjon αδt ΔV 0,254 W n Frysing av fersk/herdnende betong 4

5 Herdetemperatur Raskere hydratisering og fasthet jo høyere temperatur, selvforsterkende pga den eksoterme sementreaksjon Vinterstøp høy herdevarme: + vanskelig beregning: - Fare for opprissing normalt på fastholdingsretning ved avkjøling: (ε αδt, ε br strekk 2 x 10-4, α betong 10-5, ΔT max ~ 2x10-4 / 10-5 ~ 20 C) tegn på tavla For høy temperatur må unngås: Gradienter over tverrsnitt kan gi overflateriss: ΔT max ca 20 ºC Hydratiseringsprodukter endres/grovere, kan være negativt for langtidsegenskaper (porestruktur, fasthet, permeabilitet etc): T max ca 45 ºC, avhengig av konstruksjon oppstå i ekspansjons og kontraksjonsfasen Frysing av fersk/herdnende betong Hydratisering stopper ved temperaturer noe under 0ºC Permanent skade kan oppstå dersom is dannes i fersk betong > tommelfingerregel: minimum 5 MPa trykkfasthet før betong utsettes for frysing Herdnet betong Fasthet og deformasjon Svinn og kryp Overflater - finish (Massetransport/tetthet og bestandighet behandles annetsteds) Fasthet og deformasjon w/c viktigste faktor for fasthet i herdnet betong (se forelesning 2) E-modul og areal under arbeidsdiagram (bruddenergi) øker også med redusert w/c Luftinnhold: utover 2 % naturlig luft reduseres fasthet med 5 % for hver 1% luft 5

6 Svinn og kryp i betong Generelt: avtar med økende tilslagsinnhold i normalvektsbetong Autogent svinn: forårsaket av kjemisk svinn når vann reagerer med bindemiddel (ΔV 0,254 w n for OPC), ofte problematisk i massiv høyfast/selvuttørkende betong Uttørkingsvinn: volumendringer forårsaket av fukttransport (uttørking, indre fukttransport): Vannmenisker i delvis fylte kapillærporer gir strekkspenninger (2σ ls /r) normalt på porevegg, avtar med økende RF (RF: ca 60 %) Overflateadsorbert vann gir strekkspenninger parallelt porevegg, størst ved lav RF/monomolekylær adsorpsjon (RF: ca %) I gelporer oppstår disjoining pressure / forhindret adsorpsjon små porer presses fra hverandre ved adsorpsjon og svært lav RF (< 11 %) Karbonatiseringssvinn: årsak volumendring og frigjøring og uttørking av vann fra karbonatisering: CH + CO 2 CaCO 3 + H Kryp: relatert til bevegelser i gelvann og hydratiseringsproduktene under ytre belastning SVINN SVINN 6

7 Spesialbetong Høyfast betong Selvuttørkende betong Lettbetong/gassbetong Selvkomprimerende betong Sprøytebetong Undervannsbetong.. Tradisjonell proporsjonering av OPC-betong (1) (NB egne metoder for spesialbetong, pozzolan) Generelt: hulrom i tilslag overfylles noe med sementpasta + filler Bestem sementtype (vinterstøp, alkalireaktivt tilslag el.lign) og w/c for aktuell fasthet (kurver fra sementfabrikk) Korriger w/c for økt fasthet med pukk (+ 3%) hvis aktuelt Velg konsistens Velg gradering utfra pakningsberegning, idealfordeling (fig 12.45) og D max (fig.12.47) og bestem FM Bestem vanninnhold fra figur utfra FM og konsistens Valg av konsistens Tradisjonell proporsjonering av OPC-betong (2) Korriger vanninnhold for evt ugunstig kornform: avlang singel: + 3 % flisig pukk: + 6 % Korriger for vanninnhold for vann i tilslag absorbert vann (0,004 * m tilslag ) Endelig resept utfra vekt og volum PRØVEBLANDING!! Korriger resept ved evt. justering av konsistens (vann, P/SP etc) Referanser Burstrøm P.G., Bygnadsmaterial, 546 p., Studentlitteratur, Lund 2002 Fredvik, T, Johansen K., Smeplass, S. mfl.: Veiledning for produksjon og bruk av selvkomprimerende betong, 62 s., Norcem FoU, Norsk Betongforening m.fl 2001 Sellevold E.J.: Kompendium i fag Betongstruktur, NTH1991 Powers T.C, Brownyard T.L.: Studies of the physical properties of hardened portland cement paste Research Laboratories of the Portland Cement Association, Bulletin 22, 1948 Div. egne data og publikasjoner inkl. Byggdetaljer Tilslagsmaterialer for betong, Tilslagets innvirkning på betongens egenskaper og prosjekt Bestandige Betongkonstruksjoner delrapport 1.5 Erfaringer fra Feltstasjoner 1v.: regneark 7