Selvkomprimerende betong Egenskaper og bruk av selvkomprimerende betong (SKB). Utstyr for måling av selvkomprimerende betong og noen nyttige forslag til reseptur, delmaterialer, produksjon og utstøping. Av Luigi Coppola, Mapei Begrepet selvkomprimerende betong ( Self-Compacting Concrete ) omfatter en type sementbaserte blandinger som kan plasseres i en form og fylle denne helt ut utelukkende ved hjelp av materialets egenvekt og uten bruk av noen form for kompaktering eller ekstern vibrering. selvkomprimerende betong har høy deformasjonsevne så lenge den er fersk dvs. at den har høy evne til å tilpasse sin form utelukkende pga. gravitasjon (og enda større evne dersom eksterne krefter tilføres). Dette betyr at massen har evnen til å nå deler av forma så langt som 10 meter unna fyllingsstedet, selv etter å ha passert hindringer som for eksempel tett armerte områder. Figur 1: Egenskaper for selvkomprimerende betong I tillegg til denne høye deformasjonsevnen i fersk tilstand har selvkomprimerende betong også stor motstand mot segregering (Fig.1). Denne egenskapen forsikrer at blandingen mens den utstøpes og flyter inne i forma bevarer sin homogenitet (motstand mot ekstern segregering), og at den under fylling motstår kollisjoner med armeringsstenger (motstand mot flytesegregering) og når fyllinga er ferdig at den ikke separerer slik at større partikler synker mot bunnen av forma og at vann/væskefasen flyter mot toppen (bleeding) (motstand mot intern segregering). Motstand mot segregering under transport (flyte-segregering) er en av de mest nødvendige egenskapene i en selvkomprimerende betong. Denne egenskapen bestemmer evnen til å flyte uten å stoppes av hindringer som tett armering, eller innsnevringer/endringer i formas geometri. Her øker sannsynligheten for blokkering som resultat av et større antall kollisjoner mellom grovere partikler. Vurdering av egenskapene til selvkomprimerende betong Måling av de reologiske egenskapene til selvkomprimerende betong kan gjøres både med den tradisjonelle slumpkjegla til Abrams (med denne måles i dag konsistensen av flytende og lettflytende tradisjonell betong), og med en rekke nye målemetoder og utstyr som gir et mer fullstendig bilde av selvkomprimerende betongs deformasjonsevne i fersk tilstand og motstand mot segregering. Selvkomprimerende betong Side 1 av 7
De mest brukte metodene er slumputbredelse (SU), V-trakt, U-boks og L-boks med vertikal og horisontal armering. Slumputbredelse består i å måle gjennomsnitt diameter, d f, på betongen etter løfting av Abrams kjegle (Fig. 2) og etter at betongen har kommet fullstendig til ro. I tillegg kan også tiden massen er i bevegelse (t f ) måles. Verdiene for d f og t f er proporsjonale med henholdsvis deformasjonsevne og massens viskositet. For å oppnå selvkomprimerende betong er det nødvendig med høye verdier for d f kombinert med lave t f verdier. I tabell 1 vises typiske d f og t f -verdier for for selvkomprimerende betong sammenlignet med en lettflytende betong (i konsistensklasse S5 etter EN 206-1). d f Selvkomprimerende betong 600 mm 750 mm Lettflytende (konsistensklasse S5) 500 mm t f 5-12 sek for ferdigbetong 20-35 sek for elementbetong 8-12 sek > 18 sek Tabell 1: Slump- utbredelsesmetoden (SU): Typiske verdier for d f og t f for lettflytende og selvkomprimerende betong Tømmetid (t v ) for et gitt volum med selvkomprimerende betong i en V-trakt (Fig. 3) er direkte korrelert til materialets viskositet; lavere t v betyr et mindre viskøst materiale. Et fullstendig bilde av de reologiske egenskapene til betongen kan oppnås ved å bruke en U-boks (Fig. 4). Apparatet består av en U-formet boks med to kamre atskilt med en skillevegg. Betongen fylles i kammer A, deretter løftes skilleveggen slik at betong flyter inn i kammer B. Figur 2: Slump - utbredelse For å hemme flyten installeres armeringsstenger i åpningen mellom de to kamrene. Figur 3: V- trakt Antall og diameter på armeringsstengene kan variere, avhengig av hvilken selvkomprimerende betong-type en ønsker. Dette er igjen relatert til støpeoppdraget. Hvor tett er armeringen i konstruksjonen? Hvor stor er klaringen mellom armering og form? En klaring på mindre enn 50 mm krever bruk av 5 stk Ø10mm stenger, mens en klaring på mellom 50 mm og 150 mm krever 3 stk Ø13mm armeringsstenger. Om klaringen er større enn 150 mm trengs ingen hindringer mellom de to kamrene. Klaringen ( i) bestemmer også maksimal størrelse på tilslaget (D max ): i < 50 mm har D max 16 mm; 50 < i < 150 gir D max 20 mm; i > 150 mm med Dmax 25 mm. Selvkomprimerende betong Side 2 av 7
I testen måles høyden på betongen i kammer B og tiden som trengs for å nå denne høyden og innhold av grove partikler (G) i betongen nær armeringen. Verdien av G er deretter sammenlignes med nominalverdien for utgangsbetongen (G 0 ) for å vurdere betongens motstand mot flytesegregering og mobilitet i trange rom. G/G 0 må overstige 0.9. Vurdering av denne egenskapen kan også gjøres ved å bruke L-boks (Fig.5) med horisontal armering. Pga. redusert klaring (minste verdi 38 mm) og det høye antallet armeringsstenger er denne testen ansett å være den vanskeligste å passere. Figur 4: U- boks Figur 5: L- kasse Karakteristiske trekk ved sammensetningen av en selvkomprimerende betong. Som beskrevet må selvkomprimerende betong beskrives som en betong med høy deformasjonsevne i fersk tilstand og som en betong med liten segregering. Dette betyr i reologisk forstand at blandingen må ha en relativt høy grad av kohesjon (indre sammenheng, f) i Bingham s modell korresponderer dette til den minimums skjærspenningen som trengs for å holde materialet i flytende tilstand. Videre må betongen ha en lav plastisk viskositet dette tilsvarer den skjærspenningen som trengs for å øke flythastigheten η. Dessverre står disse to egenskapene i motsetning til hverandre siden faktorer som øker betongens kohesjon f (økning i motstand mot segregering) samtidig hemmer flytegenskapene gjennom en økning i plastisk viskositet η. For eksempel vil en reduksjon i v/c-tallet øke f men dette fører også til en økning i η. Det vil derfor være umulig at en for en selvkomprimerende betong reduserer v/c-tallet under en gitt verdi uten at det oppstår negative virkninger på deformasjonsevne og mobilitet. For å oppnå øket bearbeidelighet og mobilitet for en selvkomprimerende betong med et gitt v/c-tall vil det være nødvendig å bruke hyperplastiserende tilsetningsstoffer for å redusere den plastiske viskositeten. Faren for redusert segregeringsmotstand som resultat av denne økede bearbeideligheten kan møtes ved en kombinert bruk av pozzolaner eller kalkholdige fillere og viskositetsøkende tilsetningsstoffer som tillater vesentlig økning av f uten vesentlig å endre viskositeten η. Selvkomprimerende betong Side 3 av 7
Fra en reologisk synsvinkel kan selvkomprimerende betong beskrives som et flytende medium satt sammen av to faser; pastaen (vann, sement, filler og sandfraksjon mindre enn 150 μm) som utgjør den transporterende fasen og den transporterte fase som består av tilslaget (partikler >150 μm). For å oppnå den nødvendige grad av selvkomprimering er det derfor nødvendig å øke volumet av fine materialer og redusere volumet av tilslag i forhold til en typisk superplastisert lettflytende betong. En praktisk regel er en reduksjon av volumet av grove partikler til 340 l/m 3, samtidig som en har et minstevolum av fine materialer mellom 170 og 195 l/m 3. Figur 6 oppsummerer de viktigske forskjellene i sammensetning for en tradisjonell betong og en selvkomprimerende betong. Figur 6: Skjematise ulikheter i proporsjonene mellom en tradisjonell Fordeler med selvkomprimerende betong. I de seinere år har man sett to motsatte effekter på betongs bestandighet og pålitelighet som bygningsmateriale. For det første har en klassifisering av aggressiver i miljøet ført til grenser for maksimalt v/c-tall, minimums sementinnhold og minimums armeringsoverdekning. Dette skulle i seg selv gi øket betongbestandighet og dermed gi grunnlag for mer bestandige armerte og forspente betongkonstruksjoner. Den andre effekten er et resultat av en generell nedgang i dyktighet hos utførende, som ikke er fulgt av en vesentlig forbedring i grad av mekanisering. Resultatet er en vesentlig økning i skader på betong og derfor også en kraftig reduksjon i den maksimale potensielle bestandighet som burde være resultatet av gjennomføring av de nasjonale og europeiske standarder. Takket være sin stabilitet og deformasjonsevne gir selvkomprimerende betong en betong med bestandighet og som pålitelighet i konstruksjonen som er uavhengig av bygge- og anleggplassrelaterte forhold som kvalitet på utførelse, støpings- og kompakteringssystemer. Spesielt gjør høy motstand mot ekstern segregering og betongens selvkompakterende evne at feil, så som store luftbobler og steinreir som jo i betydelig grad nedsetter kvaliteten og bestandigheten på en konstruksjon blir eliminert. En annen fordel ved bruken av selvkomprimerende betong er at byggetiden reduseres takket være raskere utstøping siden vibreringsarbeidet fjernes fullstendig. Det er beregnet at ved å bruke selvkomprimerende betong kan en redusere byggetiden for massive konstruksjoner med om lag 20 til 25 %. Selvkomprimerende betong Side 4 av 7
Bruk av selvkomprimerende betong har også ført til utviklingen av nye byggeteknikker, slik som å støpe ut betongen nedenfra og mot toppen (Fig. 7), eller støping via rør med ventiler som gjør det mulig å kontrollere fyllingsnivået i forma helt presist (4). Figur 7: Støping fra bunn og opp. Fjerning av vibrering gir utvilsomt fordeler for arbeidernes helse. Vi kjenner godt til hvilke effekter vibrering har på kroppen. I alvorlige tilfeller kan det påvises skader som søvnløshet, mindre hjerneskader og overstimulering av det ytre nervesystemet, noe som resulterer i hvite fingre - eller døde fingre syndromet (tap av følsomhet i hendene). Fjerning av vibreringsarbeidet vil også føre til bedring av arbeidsforholdene ved at støyen reduseres. Det er velkjent at høyt lydnivå på bygg- og anleggplasser, så vel som i elementindustrien øker risikoen for arbeidsrelaterte hørselskader. Fjerning av vibrering og støy som følge av bruken av selvkomprimerende betong vil gi enbetydelig reduksjon av arbeidsrelaterte skader, noe som har en positiv virkning på hele samfunnet gjennom reduserte helseutgifter og forbedret livskvalitet for arbeidene. En annen fordel ved å bruke selvkomprimerende betong er de estetiske; betongoverflatene blir forbedret. Ved å fjerne vibreringen vil innkapslet luft ikke lenger bevege seg ut mot veggene på forskalinga (noe som vanligvis skjer når det vibreres), dermed vil overflatedefekter som er typiske for tradisjonelle betongkonstruksjoner reduseres. Den lavere viskositeten i selvkomprimerende betong vil også føre til at luftbobler lettere unnviker og de blir ikke så lett trykket ut mot vertikale flater i forma. Resultatet er derfor estetisk pene overflater. Men, det skal ikke unnslås at overflatekvaliteten fremdeles er avhengig av type former (av tre, plast, papp, stål etc.) og type formolje som er brukt. Forberedelse og utstøping Blanding av selvkomprimerende betong gjøres med samme utstyr som tradisjonell betong. Delmaterialene kan blandes med blandere med vertikale akser så vel som direkte i automiksere. Etter at 90 % av beregnet vannmengde er tilsatt, blandes de øvrige delmaterialene inn. Tilslutt tilsettes resten av vannmengden og det viskositetsmodererende tilsetningsstoffet (fortykkeren). Etter blanding sjekkes betongens flyt ved hjelp av en av metodene for kontroll av betongens reologiske egenskaper. Støpeligheten ved blandingstidspunktet må justeres i henhold til transportlengde og støpemetode. I tillegg til de tradisjonelle målemetodene (slumputbredelse, L-boks osv.), kan flytegenskapene sjekkes ved bruk av et spesielt apparat (se figur 8) hvor all betong må flyte igjennom på veien fra betongbil til betongpumpe (All Acceptance Test). Selvkomprimerende betong Side 5 av 7
Figur 8: Utstyr for kontinuerlig kontroll av betongen ved tømming fra betongbil. Pumping av selvkomprimerende betong kan gjøres med rørdiametre på 100-125 mm i lengder opp til 300 meter. Det er viktig å huske på at en ved pumping, i tillegg til noe naturlig konsistenstap, vil registrere større tap av pumpetrykk (i forhold til tradisjonell betongpumping) som følge av økning i den selvkomprimerende betongens hastighet inne i rørene. Denne økningen i hastighet, både i pumping og i utstøping, i tillegg til lavere viskositet i selvkomprimerende betong, vil resultere i større formtrykk. Det er derfor nødvendig å dimensjonere forma med dette for øye. Det er også viktig at forma er fullstendig tett, spesielt ned mot grunnen i vertikale former for å unngå at betong slipper ut. Fallhøyden for betongen (som må beregnes fra gang til gang pga. formas geometri og armeringstettheten) må ikke i noe tilfelle overstige 5 meter. Før større støpearbeider igangsettes er det viktig å bestemme fyllingssteder og rekkefølge for støpen ut fra at betongens makismale horisontale flyt er 15 meter. Ved støping av lukkede elementer og med konstruksjoner med spesielle innsnevringer må det planlegges punkter der luft kan unnslippe. Ved valg av formolje og rengjøringsmetoder for forma gjelder de samme regler som for tradisjonell betong. I forhold til etterbehandling av betongen er de viktig å merke seg at selvkomprimerende betong har mindre tendens til bleeding (vanntransport til overflata) enn tradisjonell betong, noe som gir en raskere uttørkning av en selvkomprimerende betong. Hvis spesielle overflatekrav stilles er det absolutt nødvendig å holde betongen våt eller beskytte den med en membranherndner. Våt herdning av betongoverflater en selvsagt en særdeles viktig oppgave som må utføres for at betongen skal få en hud som er ugjennomtrengelig og som har høy motstand mot aggressiver i omliggende miljø. Selvkomprimerende betong Side 6 av 7
Konklusjoner Selvkomprimerende betong, karakterisert ved sin høye flytevne og fravær av segregering, kan bli brukt både til slakkarmerte og forspente betongkonstruksjoner uten bruk av ekstern vibrering. Bruk av selvkomprimerende betong muliggjør bestandige betongkonstruksjoner uavhengig av kvaliteten på arbeidskrafta og tilgjengelig komprimeringsutstyr på arbeidsplassen. Selvkomprimerende betong kan redusere støpetiden, forbedre overflatekvaliteten og, viktigst av alt, forbedrer arbeidsforholdene takket være eliminasjon av støyende vibreringsoperasjoner. Oversettelse Dag Vollset, Rescon Mapei AS 06.11.2002 Selvkomprimerende betong Side 7 av 7