1. No category

Harjoitus 5
Mineraaliset seosaineet,
Käyttö ja huomioonottaminen
suhteituksessa
Mineraaliset seosaineet
• Lentotuhka
– Filleri
– Seosaine
• Masuunikuonajauhe
– Sideaine
– Erityisesti massiiviset ja sulfaatinkestävät rakenteet
• Silika
– Sideaine
– Erityisesti hyvää kemiallista kestävyyttä tai suurta
lujuutta vaativat rakenteet
Lentotuhka, LT
Hienoksi jauhetun kivihiilen poltossa voimalaitoksissa syntyvä
pozzolaani, joka erotetaan savukaasuista.
Korkea polttolämpötila aiheuttaa kemiallisia ja fysikaalisia
muutoksia, joiden seurauksena LT saa sideaineominaisuuksia ja
ominaisen pyöreän raemuotonsa
Masuunikuona
Raakaraudan valmistuksessa masuunissa muodostuneesta
emäksisestä silikaattisulatteesta jäähdyttämällä saatu tuote, jolla
on piilevät hydrauliset ominaisuudet.
Jäähdytetään nopeasti vesisuihkuin vesialtaassa (granulointi) tai
ilmalla pelletointirummussa (pelletointi). Nopeassa jäähdytyksessä
kuonan lasimaisuusaste on yli 75 % ja sillä on yleensä on hyvät
piilevät hydrauliset ominaisuudet.
Silika
Piiraudan ja piin valmistuksessa syntyvä, savukaasuista erotettava,
erittäin hienojakoinen pozzolaani. Korkeasta lämpötilasta ja
syntyvaiheen reaktioista johtuen silikajauhe on hyvin reaktiivista ja
hienojakoista
Seosaineiden käyttöä betonissa säätelevät
Betoninormit
• Ohjaavat seosaineiden laadunvalvontaa
• Antavat suurimmat sallitut käyttömäärät
• Neuvovat seosainetta sisältävän betonin
käytössä
• Antavat ohjeet betonin laadunvalvontaan
Seosaineiden käytön perusteet
• Säästetään ehtyviä luonnonvaroja
hyödyntämällä muun teollisuuden
sivutuotteita
• Parannetaan betonin ominaisuuksia tai
annetaan betonille uusia hyödynnettäviä
ominaisuuksia
• Käyttö kansantaloudellisesti kannattavaa
Lentotuhkan käytön perusteet
• Fillerinä parantaa betonin
– Työstettävyyttä
– Koossapysyvyyttä
– Pumpattavuutta
– Kuljetuksen kestävyttä
• Sideaineena parantaa betonin
– Loppulujuutta
• Saattaa vaikeuttaa huokostuksen onnistumista
Pozzolaaninen reaktio betonissa
• Yksinkertaistettu yhtälö:
Vesi (H2O) + sementti (CaO, SiO2)
CSH (CaO·SiO2·H2O) + CH (Ca(OH)2)
Pozzolaani (SiO2) + CH (Ca(OH)2)
CSH (CaO·SiO2·H2O)
• Lentotuhkan reaktio betonissa on sementtiä
herkempi kovettumislämpötilalle
– Viileässä reaktio on hidas
– Lämpökäsittelyssä lentotuhka ottaa osaa jo
varhaislujuuden kehitykseen
• Lentotuhka ei vaikuta betonin
– Plastiseen kutistumaan ( laajojen betonipintojen
suojaus!!)
– Kuivumiskutistumaan (pieniraekokoisten ja
vetelien massojen välttäminen)
– Kimmomoduuliin
– Virumaan
Lujuuden kehitys
Masuunikuonajauheen käytön
perusteet
• Sideaineena tavallisessa betonissa
• Sideaineena erityiskohteissa
– Massiiviset rakenteet
• Masuunikuona vähentää kovettumisen aikaista
lämmönkehitystä betonissa
• Jo 50 % sideaineesta tekee sideaineen
alhaislämpösementin vaatimukset täyttäviksi
– Sulfaatinkestävyyttä vaativat rakenteet
• Betoni on sulfaatinkestävää, jos sen valmistukseen on
käytetty sideainetta, joka sisältää vähintään 70 %
erillisjauhettua masuunikuonaa
Masuunikuonajauheen käyttö
• Masuunikuona toimii yleensä hitaasti reagoivana
sideaineena
• Varhaislujuus ja sen kasvunopeus riippuvat yleensä
kuonan käyttömäärästä
• Valmisbetonissa hidastavaa vaikutusta voidaan korvata
nopeasti kovettuvan sementin käytöllä
• MKjauheen reaktio betonissa on sementtiä herkempi
kovettumislämpötilalle
– Viileässä reaktio on erittäin hidas
– Normaalissa lämpötilassa reaktio on hidas
– Tavallisessa lämpökäsittelyssä kuonajauhe ottaa osaa
varhaislujuuden kehitykseen
– Korkealämpötilaisessa lämpökäsittelyssa kuonajauhe lisää
merkittävästi varhaislujuuksia
Masuunikuonajauheen käyttö
• Masuunikuonajauhetta käytettäessä on otettava
huomioon sen vaikutukset betonimassan ja
kovettuneen betonin ominaisuuksiin. Tällöin
kiinnitetään huomiota mm. seuraaviin seikkoihin:
– masuunikuonajauheen sideaineominaisuudet sen
koostumuksesta, jäähdyttämistavasta ja jauhatuksesta
riippuen
– betonin työstettävyys ja veden erottuminen
– betonin lujuudenkehitys etenkin alhaisissa lämpötiloissa
– masuunikuonajauheen vaikutus betonin lisäaineiden
käyttöön
– betonin jälkihoito erityisesti rakenteen säilyvyyden
kannalta.
Muut ominaisuudet
• Vähentää betonimassan vedentarvetta
• Ei vaikuta lämpölaajenemiseen,
kimmomoduuliin eikä virumaan, mutta
suurentaa lievästi loppukutistumaan
kuonajauheen suurilla käyttömäärillä ( 60 %
sideaineesta)
Silikan käytön perusteet
• Sideaineena parantaa betonin
– Lujuutta
– Tiiviyttä
– Kemiallista kestävyyttä
– Säilyvyyttä
• Erikoistapauksissa fillerinä parantaa betonin
– Koossapysyvyyttä
– Kuljetuskestävyyttä
• Silikan kanssa käytetään aina notkistavaa
lisäainetta
• Silikabetoni valitaan yleensä hieman
normaalivaatimusta notkeammaksi
• Koossapysyvyyden parantumisen takia
plastisen kutistuman vaara kasvaa, joten
jälkihoito tulee aloitta heti tiivistyksen jälkeen
Lujuudenkehitys
• Silikan reaktio betonissa on sementtiä herkempi
kovettumislämpötilalle
– Viileässä reaktio on hidas
– Lämpökäsittelyssä silikabetonin lujuudenkehitys kiihtyy
enemmän kuin normaalibetonin
• Lämpötilaherkkyyden takia kovettuvan betonin kosteus
ja lämpötila tulee turvata riittävään betonin lujuuteen
asti
• Silikaa käytettäessä on mahdollisuus saavuttaa erittäin
suuria betonilujuuksia
• Jälkihoito erittäin tärkeää, jotta saavutetaan silikalla
haetut ominaisuudet
Muut ominaisuudet
• Ei vaikuta oleellisesti betonin kutistumaan
• Erittäin hienojakoisen koostumuksen takia
hengityssuojien käyttö
• Väri
Seosainebetonin suhteitus
• Suhteitetaan betoni ilman seosainetta, jotta saadaan
selvitettyä sementin perusmäärä eli ekvivalentti
sementin määrä.
• Käytetään haluttu määrä seosainetta noudattaen
Betoninormit 2004 ohjeita.
• Jaetaan seosaine aktiiviseen ja passiiviseen osaan
aktiivisuuskertoimella eli sideaineeksi ja filleriksi,
(huom. jako on laskennallinen) silloin kun seosaineen
aktiivisuuskerroin alle 1. Jos aktiivisuuskerroin on yli 1,
on koko seosaine sideainetta.
• Korvataan filleriä tilavuusosin seosaineen passiivisella
eli runkoaineosalla, silloin kun aktiivisuuskerroin alle 1.
Harjoituksessa 1 suhteitettu betoni
• Sementti 280 kg/m3
• Vesi 167 kg/m3
• Runkoaine 1936,8 kg/m3
– Hiekka 522,9 kg/m3
– Sora 484,2 kg/m3
– Somero 929,7 kg/m3
• Ilma 20 dm3
Lentotuhkabetonin (LT) suhteitus
• Betonin rasitusluokan on kerrottu olevan XC4 (rasitusluokka
määrää seosaineen sallitun määrän). Käytetään sementtiä
CEM I.
• Sallittu lentotuhkamäärä on tällöin (100 - QII)/0,75 - 100,
jossa QII = sementin itsessään sisältämä lentotuhkamäärä.
Eli (100 - 0)/0,75 - 100 = 33,3 %
Jaetaan seosaine aktiiviseen ja passiiviseen osaan
aktiivisuuskertoimella eli sideaineeksi ja filleriksi.
Seosainebetonin sideaineseoksen tehollinen määrä saadaan
arvioitua kaavasta:
SAteh = C + kseosaine * SEOSAINE
missä
SAteh on tehollinen sideainemäärä kg/m3
C
on seosainebetonin sementtimäärä kg/m3
SEOSAINE on seosaineen määrä kg/m3
kseosaine on seosaineen tehokkuuskerroin
Betoninormit 2004 mukaan, kun lentotuhkaa on
alle 33 % sementin määrästä, lentotuhkan
aktiivisuuskerroin on 0,4 (ts. 40% sideainetta 60%
filleriä). Jos lentotuhkaa on enemmän, yli 33%
menevän lentotuhkamäärän aktiivisuuskerroin on 0.
Seosainebetoni saavuttaa saman 28vrk lujuuden
kuin ilman seosainetta valmistettu
Portlandsementtibetoni
SAteh = C + kseosaine* LTteh = 280 kg
SAteh = C + 0,4 * (0,33 * C) = 280 kg
C=
= 247,35kg
LTteh = 0,33 * 247,35 = 81,63 kg
Yli 33% menevän lentotuhkamäärän
aktiivisuuskerroin on 0. Tätä lentotuhkaa on siis
0,003 * 247,35 = 0,74 kg
LT = LTteh + LTt.ton = 81,63 + 0,74 = 82,37 kg
Lentotuhkan määrästä aktiivista on
LTakt = LTteh * 0,4 = 81,63 * 0,4 = 32,65 kg
Loppu on filleriä
LT – LTakt = 82,37 - 32,65 = 49,72 kg
Vesimäärä pysyy samana kuin alkuperäisessä
suhteituksessa = 167 kg/m3
Vähennetään siis hienoimman runkoaineen
määrää (kg) seosaineen (eli lentotuhkan)
runkoainemäärällä (kg).
Alkuperäisessä suhteituksessa hienoin RA oli
hiekka 522,9 kg/m3
522,9 - 49,72 = 473,18 kg
Koska seosaineen tiheys poikkeaa sementin
tiheydestä, on seosainebetonin tilavuus
muuttunut. Tämän vuoksi tulee runkoaineen
määrää vielä korjata betonin perusyhtälöllä.
• Lentotuhkan tiheys on 2200 kg/m3
Tarkastetaan runkoaineen määrä betonin
perusyhtälöllä
= 1000 – (247,35/3,1 + 82,37/2,2 + 167/1 +20)
= 695,77 dm3
Uusi runkoaineen määrä on siis
695,77*2,68 = 1864,7 kg/m3
Lasketaan (tarkastetaan) lopuksi vielä
seosainebetonin ainesosien määrät (kg) ja
tilavuudet (dm3)
Sementtiä
247,35kg
79,8 dm3
Lentotuhkaa
82,37 kg
37,4 dm3
Vettä
167 kg
167 dm3
RA
1864,7 kg
Hiekka
473,18 kg
176,6 dm3
Sora (=1864,7-473,18)*0,25= 347,88 kg
129,8 dm3
Somero
1043,64 kg
389,4 dm3
Ilma
-20 dm3
Yhteensä
1000 dm3
OK!
Kertauksena:
Suhteituksen kulku
1. Selvitä lähtöbetonin koostumus
2. Laske seosainebetonin tehollinen sideainemäärä
SAteh, jolloin saat seosainebetonin sementti- ja
sideainemäärän
3. Jaa seosaine (kg) tehokkuuskertoimen mukaisesti
sideaineeksi ja runkoaineeksi eli filleriksi (jos
sideaineen tehokkuuskerroin on alle 1) ja vähennä
hienoimman runkoaineen määrää (kg) seosaineen
runkoainemäärällä (kg). Jos aktiivisuuskerroin on yli 1,
on koko seosaine sideainetta.
4. Laske seosainebetonin tilavuus (muuttunut, koska
seosaineen tiheys on eri kuin sementin)
5. Korjaa seosainebetonin tilavuudeksi 1000 dm3
6. Laske /tarkasta seosainebetonin ainesosien määrät ja
tilavuudet dm3
Masuunikuonabetonin suhteitus,
toinen tapa
Masuunikuona 50/50
Käytetään sideaineseoksen aktiivisuusindeksiä
EI MASUUNIKUONAN !!!!
28 vuorokauden arvosteluiässä sideaineseoksen
(MK + sem) aktiivisuusindeksi on kuvan mukaan
noin 90 %
Suhteituslujuus Ks:
1,2 x 35 x 42,5 / 49,5*0,9 = 40,1 MPa
Suhteitetaan tälle lujuudelle normaalisti.
Käytetään lähtöbetonin yhdistettyä
runkoainetta, jonka H = 413
Suhteitusnomogrammista saadaan
Sementti
315 kg
RA
1905 kg
Vesi
168 kg
Ilma
20 l
Sideaineesta: MK 50 %
= 157,5 kg
Sementtiä 50 % = 157,5 kg
Tarkastetaan RA:n määrä betonin perusyhtälöllä
RA:n tilavuusosuus = 1000 – (157,5/3,1 +
157,5/3,0 + 168 + 20) = 708,7 dm3
Runkoaineen määrä 708,7 * 2,68 = 1899,3 kg
Silikabetonin suhteitus
Silikan tehokkuuskerroin on 1 kun vesi-sementtisuhde >
0,45
Silikan suurin sallittu määrä rasitusluokassa XC4 on
jossa QII = sementin itsessään sisältämä silikan määrä. Eli
(100 - 0)/9 = 11,1 %
SAteh= C + k * SI = C + 1*(0,111*C) = 280 kg
C = 252,0 kg
SI = 28,0 kg
Silikan tehokkuuskerroin 1, joten ”fillerivähennystä” ei
tarvitse tehdä.
Lasketaan runkoaineen määrä betonin
perusyhtälöllä
1000 – (252/3,1 + 28/2,2 + 168 + 20) = 758 dm3
= 2031,4 kg