Vastaukset suomeksi_6_2011

Harjoitus 7
Kovettuvan betonin
lämmönkehityksen arvioiminen,
kuumabetonin suhteitus,
betonirakenteen kuivuminen ja
päällystettävyys
Kovetuvan betonin lämpötilan
kehityksen laskenta
•
•
•
•
Alkulämpötila
Hydrataatiolämpö
Lämmitys
Lämmön haihtuminen
Sillanrakennustöiden yleisen työselityksen mukaan
kovettuvan betonin lämpötila ei saa ylittää 50 °C,
lämpötilan nousu 25 °C ja lämpötilaero rakenteen
eri osien välillä saa olla korkeintaan 20 °C.
Tehtyjen kokeiden ja laskelmien perusteella voidaan
tehdä yleisiä johtopäätöksiä em. rajojen suhteen
sementin ollessa normaalisti kovettuvaa:
• 50 °C ei yleensä ylitetä, jos massan lämpötila on
20 °, sementtimäärä 350 kg/m3 ja paksuus
0,9 m
• 50 °C ylitetään yleensä aina, jos massan lämpötila
on 20 °C sementtimäärä 400 kg/m3 ja paksuus
1,2 m
• 25 °C lämpötilannousu ylitetään yleensä aina,
kun sementtimäärä on 350 kg/m3, paksuus
1,0 m ja ulkolämpötila 0 °C
• Yleensä lämpötilannousulle asetettu raja on n.
5 °C rankempi kuin maksimilämpötilalle
asetettu 50 °C raja
• 20 °C rakenteen eri osien välisenä
lämpötilaerona ylitetään yleensä aina
ulkolämpötilan laskiessa keskimäärin alle 5 °C
suojauksen ollessa suojapeite.
Alhaislämpösementtejä käytettäessä
maksimilämpötila ei yleensä ylitä 50 °C eikä
lämpötilannousu 25 °C, jos sementtimäärä on
alle 400 kg/m3 ja paksuus 1,5 m.
Alhaislämpösementtien käyttöä rajoittaa lähinnä
niiden hidas lujuudenkehitys.
Pyrittäessä arvioimaan karkeasti hyrataatiossa
tapahtuvaa lämpötilannousua ja syntyviä
maksimilämpötiloja voidaan tällöin käyttää
• Aikaisempia mittaustuloksia
• Laskea nk. adiabaattista tilaa vastaava
lämpötilannousu
Kovettuvan betonin lämpötilaan voidaan
vaikuttaa alentamalla betonimassan
alkulämpötilaa. Betonimassan lämpötila
määräytyy osa-aineiden lämpötiloista likimäärin
seuraavan kaavan mukaan:
Tm c +T mc + Tm c
T =
m c +m c + m c
Veden ominaislämpö on 4,2 kJ/kg °C ja
runkoaineen ja sementin noin 0,8…0,9 kJ/kg °C.
Eli veden ominaislämpö on noin 5 kertainen
muihin osa-aineisiin verrattuna!
T m + T m + T m ×5
T
m +m + m ×5
Betonin lämpötilan nousuun vaikuttavat eniten
betonimassan sementtimäärä ja käytetyn sementin
lämmönkehitys. Betonin koostumuksen valinnassa
voidaan sementtimäärää pienentää seuraavilla
toimenpiteillä
• Käyttämällä vedentarvetta vähentäviä lisäaineita
• Pyrkimällä olosuhteista riippuen mahdollisimman
jäykän massan käyttöön
• Suurentamalla maksimiraekokoa
• Käyttämällä rakeisuudeltaan edullista runkoainesta
Käyttämällä alhaislämpösementtiä voidaan oleellisesti
vähentää kovettuvan rakenteen lämpötilan nousua.
Suurin hyöty saadaan, jos lujuuden arvosteluikä voi olla
90 vrk.
Kaavan avulla voidaan todeta, että kukin seuraavista
toimenpiteistä alentaa betonimassan lämpötilaa noin 1 °C
verran:
• Sementin lämpötilaa lasketaan 10 °C
• Kiviaineksen lämpötilaa lasketaan 1,6 °C
• Veden lämpötilaa lasketaan 3,6 °C
• Vedestä korvataan jäähileellä 6kg/m3
Käytännössä voidaan yllämainituilla osa-aineisiin
kohdistuvilla toimenpiteillä alentaa betonimassan
lämpötilaa seuraavasti:
• Kuuman sementin välttäminen 2…3 °C
• Kiviaineksen suojaus ja jähdytys 5…10 °C
• Veden jäähdytys 3..6 °C
• Jäähileen käyttö 5…15 °C
Betonin lämpötila kovettuessa
T = T
+
c
ALKULÄMPÖTILA
missä,
C
×W+
Vc
A
HYDRATAATIOLÄMPÖ
× W
k A
Vc
ULKOINEN LÄMMITYS
T
T
JÄÄHTYMINEN
Tb = betonin keskimääräinen lämpötila (°C)
Tbo= betonin alkulämpötila (°C)
C = sementtimäärä (kg/m3)
cb = betonin ominaislämpökapasiteetti (kJ/kg °C )
3
b = betonin tiheys (kg/m )
W = hydrataatiolämpö aikavälillä 0-t (kJ/kg sementtiä)
A1 = betonin lämmitettävä pinta-ala (m2)
A2 = betonin jäähtyvä pinta-ala (m2)
V = lämmitettävän rakenteen tilavuus (m3)
Wu = lämmityksen yhteydessä betoniin tuotu ulkoinen energia (kJ/m2)
kt = pinnan A2 lämmönsiirtymiskerroin laskentahetkellä (W/ °C m2)
Tu = ulkoilman lämpötila (°C)
t = aikaväli, joka valitaan lämpötilan muutosnopeuden mukaan (h)
t
Tehtävien 1 ja 2 ratkaisut laskuharjoituksissa
Excelillä.
Tehtävä 3
Suhteita kuumabetonina (+ 50 °C) betoni, jonka
koostumus on seuraava:
– sementti
– vesi
– runkoaine
325 kg/m3
188 kg/m3
1835 kg/m3
Kokemusperäisesti tiedetään, että 50 °C
betonimassa on 1-2 notkeusluokkaa jäykempää kuin
sama suhteitusseos 20 °C:ssa.
Suhteitusnomogrammin
mukaan yhden
notkeusluokan muutos
vastaa noin 10 kg/m3
vettä .
Tällöin lämpötilan muutos
edellyttää 15 kg/m3
enemmän vettä.
Suhteitus on siis
VESI 188 + 15 = 203 kg/m3
Uusi sementtimäärä saadaan nomogrammista,
kun lujuus pysyy samana
Betonimassan lämpötila voidaan laskea
likimääräisellä kaavalla
T
T m + T m + T m ×5
m +m + m ×5
(tai käyttää tarkempaa kaavaa
)
T =
Valitaan lämpötilat
m (kg)
T (°C)
T*m
SEMENTTI
348
20
6960
RUNKOAINE
1775
55
97625
VESI runkoaineesta
74,55
55
4100,25
VESI lisättävä
128,45
65
8349,25
Tb = 6960 + 97625+5*(4100,25+8349,25)
348 + 1775 + 203*5
53 °C
OK
Tavanomainen betonirakenne kuivuu hitaasti
• Kun rakenteen korkeus on 100 mm ja se pääsee
kuivumaan molempiin suuntiin, puolet
rakennekosteudesta poistuu 3 ... 12 kk aikana (riippuen
rakenteen tiiveydestä)
• Kuivumisaika on nelinkertainen kun rakennepaksuus
kaksinkertaistuu
• Kuivumisaika on nelinkertainen kun rakenne kuivuu
vain yhteen suuntaan
• Lämpötilan nosto +20 °C +50 °C nopeuttaa
kuivumista 2 ... 4 kertaisesti. Samalla on huolehdittava,
että ympäröivän ilman suhteellinen kosteus on riittävän
alhainen
• Betonin koostumuksella voidaan kuivumista nopeuttaa
2 … 10 kertaiseksi
• Erityisen haitallista kuivumisen kannalta on betoniin
valun jälkeen päässyt ylimääräinen vesi
Periaatepiirros eri lujuusluokkiin
kuuluvien betonien
tasapainokosteudesta. Käyrän
muotoon ja sijaintiin vaikuttavat
muutkin tekijät kuin lujuus.
Julkaisusta by 45 / BLY 7
Betonilattiat 2002 sivulta 140
Julkaisusta by 45 / BLY 7
Betonilattiat 2002 sivulta 140
Julkaisusta by 45 / BLY 7
Betonilattiat 2002 sivulta 141
Tehtävä 4
Lattiapäällysteeksi halutaan muovilaatat. Kuinka
pitkä aika tulee kulua valusta, jotta lattia voidaan
päällystää (arvio)? Rakenne, olosuhteet sekä
betonimassan ominaisuudet ovat seuraavat:
– betonilaatta, paksuus 80 mm, lujuus K30
– laatan alla 50 mm solumuovia, muovikelmu ja sora
– laattaa ei kastella, jälkihoito muovikalvolla kahden
viikon ajan
– kuivumisaikana lämpötilaksi arvioidaan + 16 °C ja
suhteelliseksi kosteudeksi 60%
– betonin koostumus: suurin raekoko 8 mm, sideaine 50
CEM II A 42,5 R ja 50 % masuunikuonaa, notkeus 1...2
sVB
= betoniin poratun reiän ilman
suhteellinen kosteus !!!
Julkaisusta by 45 / BLY 7
Betonilattiat 2002 sivulta 132
Taulukon 4.9 avulla voidaan arvioida tarvittavaa
kuivatusaikaa.
Eri tekijöiden kertoimet
1. Betoni huokostamaton (1,0), K30
(1,0)
2. Betonin ikä kuivausta
aloitettaessa 2 vko, laatan
paksuus 80mm eli alle 150 (0,8)
3. Kuivumisolosuhteet 60 % (1,2) ja
lämpötila 16 °C, eli 20 °C ja 10 °C
välissä (noin 1,2)
4. Laatan paksuus 80 mm (0,7)
5. Alapuolisen lämmöneristeen
vaikutus 50 mm solumuovi (1,0)
6. Betonin koostumuksen vaikutus:
• Suurin raekoko 8mm (1,0)
• Sideaine (1,0)
• Notkeus (1,2)
Aika valusta
14 + (1*0,8*1,2*1,2*0,7*1,0*1,0*1,2)*60
= 14 + 0,97*60 = 72 vrk
2,5 kk !
Entä jos haluttaisiin mosaiikkiparketti?
(maksimikosteus taulukon mukaan 80 %)
Kokemusperäisesti tiedetään, että betonin
kuivuminen RH 80 % kestää 2..4 kertaisesti 90
%:n suhteelliseen kosteuteen verrattuna, joten
kuivatus tulisi kestämään vastaavissa oloissa
noin 4…8 kk!
Kuinka kuivatusaikaa voitaisiin
lyhentää?
• Betonin koostumuksella
– betonimassan huokostus 8 … 10 %:iin
– vesi-sementtisuhteen pienentäminen
– kiviaineksen mahdollisimman suuren maksimiraekoon käyttö
• Työmenetelmin
– imubetonointimenetelmän käytöllä
– estämällä rakenteiden kastuminen
• Itse kuivatusta voidaan tehostaa
– huonetilan suhteellisen kosteuden laskeminen alle 50 % joko
tuuletuksella tai koneellista kuivainta käyttäen ja
– lämpötilan nosto. Betonin lämmittäminen on yleensä
tehokkaampaa kuin betonia ympäröivän ilman
lämmittäminen
– lattiapinnan hionta