Konsistensförändringar hos fabriksbetong

Transkript

1 LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA LUNDS UNIVERSITET Avd Byggnadsmaterial Konsistensförändringar hos fabriksbetong Consistency changes in ready-mixed concrete Anna Nilsson Olle Olsson TVBM-5056 Examensarbete Lund 2004

2 ISRN: LUTVDG/TVBM--04/5056--SE (1-68) ISSN: TVBM Lunds tekniska högskola Tel: Byggnadsmaterial Fax: Box LUND

3 Förord Konsistensförändringar hos fabriksbetong Föreliggande examensarbete har framkommit efter ett samarbete mellan Ballast Betong (NCC Roads AB Sverige Sydväst) och Avdelning Byggnadsmaterial vid LTH. Handledare för arbetet var Bertil Persson, LTH. Björn Schoug, Ballast Betong var externgranskare. Vi vill tacka er för all hjälp som vi fått under arbetets gång. Vi vill även passa på att tacka Anders Knutsson, Mats Ekstrand, Thomas Paulsson och alla andra på Ballast Betong som hjälpt oss med alla provtagningar. Lund i december 2004 Anna Nilsson & Olle Olsson iii

4 Sammanfattning iv Konsistensförändringar hos fabriksbetong Konsistensförändringar hos fabriksbetong På byggarbetsplatser är det vanligt förekommande att betongarbetare upplever en felaktig kvalité på betongen, d.v.s. att det inte är rätt konsistens som levereras. För att kunna möta de klagomål som uppkommer har Ballast Betong satsat på att undersöka konsistensförluster som uppkommer efter det att betongen lämnat fabriken. Syftet med detta examensarbete var att undersöka olika faktorer som påverkar öppethållandet hos fabriksbetong. För att komma fram till dessa faktorer studerades blandningsrepeterbarhet, receptens sammansättning, yttre faktorer som väderförhållanden o.s.v. Betongens öppethållandetid mättes med sättkon. Sättmått togs på fabrik, vid ankomst till byggarbetsplats och därefter med ca 10 minuters mellanrum tills leveransen var klar. Lufthalten mättes då betongen innehöll luftporbildande medel. Detta skedde på fabriken samt vid ankomst till byggarbetsplatsen. Många olika betongkvalitéer undersöktes. Gemensamt för dem var att flyttillsatsmedlen kom från Sika. Fabrikerna använde följande flyttillsatsmedel: Sikament 56 Sikament 56/50 Sikament EVO 26 Sikament 20 HE Ballast Betongs mål med undersökningen var att få diagram med konsistensförluster för olika betongkvalitéer som Ballast Betong sedan skulle kunna använda i produktionen av fabriksbetong. För att erhålla trovärdiga diagram fick många mätserier gallras bort p.g.a. följande anledningar: Efterspädning Avvikande vattencementtal > 0,02 Gammal betong i roterbilen Recept som korrigerades under leverans och mellan olika leveranser När cement och grus blandades före betongen För få mätningar av samma betongkvalité Tyvärr var det ungefär samma väderförhållande vid provtagningarna vilket resulterade i att de yttre faktorerna inte kunde utvärderas. Relativ fuktighet, vindstyrka, temperatur samt nederbörd var de väderfaktorer som registrerades varje dag under projektet. Resultatet av studien visar att det största problemet vid tillvekning av fabriksbetong är blandningsrepeterbarheten. Samma betong är svår att tillverka vid olika tillfällen. Störst problem förelåg vid tillverkning av självkompakterande betong. I resultatet syns det tydligt att repeterbarheten för samma betongrecept skiljer sig avsevärt mellan de olika betongfabrikerna. Anledningen till detta är framför allt att

5 det är olika storlek på blandarna, vilket resulterar i olika möjlighet till att korrigera en leverans. Arbetet resulterade i öppethållandetid för olika betongkvallitéer. Dessa kurvor har framkommit efter sortering bland mätvärdena. Avvikelser i produktionen såsom efterspädning av vatten har resulterat i förkastning av en mätserie. Detta innebär att endast betongblandningar utan efterspädning har används vid utvärderingen av öppethållandetiden. Nyckelord: konsistensförändringar, flyttillsatsmedel, blandningsrepeterbarhet, fabriksbetong v

6 Summary Konsistensförändringar hos fabriksbetong - Consistency changes in factory-made concrete On construction sites it is common that concrete workers feel that the delivered concrete is of the wrong quality, that is, the wrong consistency. To be able to meet this complain Ballast Betong have concentrated on consistency changes which arise when the concrete has left the factory. The purpose of this master s thesis was consequently to examine different factors which affect consistency changes in factory-made concrete. To find out what the factors are, mixture repeatability, recipe composition, out-door factors such as weather conditions and so on were studied. The consistency changes of concrete were measured with a slump cone. Slump value was measured in the factory and on the construction site on arrival, then every fifteen minutes during the unloading. The air content was measured when the concrete had air entraining agent both in the factory and on the construction site. Many different concrete qualities were examined all of them with one of following admixtures from Sika: The following superplasticisers were used by the factories: Sikament 56 Sikament 56/50 Sikament EVO 26 Sikament 20 HE The aim for Ballast Betong was to obtain diagrams showing consistency changes for different concrete qualities which they will use in production. To ensure reliability in the diagram many results had to be sorted out for the following reasons: Thinning with water or admixture Diverging vct > 0,02 Old concrete in the truck Recipe corrected during measurement If cement gravel was mixed before the concrete Too few measurements Unfortunately the weather factors could not be evaluated because of the similar weather conditions during the study. The results show that the largest production problem with factory-made concrete is repeatability. It is difficult to produce the same concrete on different occasions. The greatest quality problem is to produce self-compacting concrete. In the results it is clear that the repeatability divide a lot between the factories. The reason is above all the different sizes of the mixes, which results in different potential to correct a concrete delivery. vi

7 The main purpose of this master s thesis was to produce diagrams showing consistency changes for different concrete qualities. These diagrams are based on sorting of the values. Divergences in the production such as thinning with water resulted in rejection of measurement series. Only concrete mixtures of the same kind have been used for the evaluation of consistency changes. Key word: consistency changes, superplasticiser, mixture repeatability, factory concrete vii

8 INNEHÅLLSFÖRTECKNING 1. INLEDNING 1 viii 1.1 BAKGRUND SYFTE AVGRÄNSNINGAR 2 2. BETONG ALLMÄNT BALLAST CEMENT KALKSTENSFILLER FLYTTILLSATSMEDEL LUFTPORBILDANDE TILLSATSMEDEL 6 3. DEN FÄRSKA BETONGENS EGENSKAPER KONSISTENS STABILITET TILLSTYVNANDE LUFTHALT MATERIAL OCH METODER MATERIAL ALLMÄNT BALLAST CEMENT KALKSTENSFILLER FLYTTILLSATSMEDEL LUFTPORBILDANDE MEDEL BETONGSAMMANSÄTTNING MÄTMETODER KONSISTENS LUFTHALT HÅLLFASTHET ÖPPETHÅLLANDETID INSAMLING OCH URVAL AV DATA ALLMÄNT CEMENTGRUS EFTERSPÄDNING GAMMAL BETONG I ROTERBILEN AVVIKANDE VATTENCEMENTTAL ÖVRIGA OBSERVATIONER RESULTAT OCH DISKUSSION EFFEKT AV FLYTTILLSATSMEDEL REPETERBARHET LUFTHALT HÅLLFASTHET KONSISTENSFÖRLUST UTVÄRDERING OCH UPPFÖLJNING AV GJUTNING EFFEKT AV EFTERSPÄDNING 31

9 6. FELKÄLLOR OCH NOGGRANNHET FELKÄLLOR KONSISTENSFÖRLUST LUFTHALT HÅLLFASTHET NOGGRANNHET SLUTSATSER KONSISTENSFÖRLUST REPETERBARHET LUFT EFTERSPÄDNING HÅLLFASTHET 36 REFERENSER 37 APPENDIX 38 ix

10 x Konsistensförändringar hos fabriksbetong

11 1. Inledning Konsistensförändringar hos fabriksbetong 1.1 Bakgrund Vid gjutning är det vikigt att betong har rätt konsistens för att underlätta arbetet. Om inte rätt konsistens levereras kan det innebära extra arbete. För lös konsistens kan medföra försenad hydratation och därmed senarelagd formrivning. För styv konsistens kan t.ex. leda till dålig omslutning av armering vilket resulterar i sänkt hållfasthet. Ibland uppstår klagomål på betong som levereras till byggarbetsplatser. Betongarbetarna anser ofta att konsistensen är för styv, d.v.s. arbetbarheten är för dålig. Om konsistensen är för styv innebär det att betongen behöver vibreras mer för att omsluta armering och fylla ut formen. Då konsistensen är för styv korrigeras detta ofta genom efterspädning med flyttillsatsmedel eller vatten. Dessa metoder att uppnå önskad konsistens bör inte få förekomma. När betongen späds med vatten riskeras ett högre vattencementtal än beställt vilket i sin tur kan leda till en sämre konstruktion både hållfasthetsmässigt och i livslängdsperspektiv. De klagomål som uppkommer i samband med en betongleverans bör anknytas till ett fel i tillverkningskedjan. Detta är nödvändigt för att kunna förbättra kommande leveranser och undvika misstag. Eftersom detta analytiska sätt att se på problemen är relativ nytt har inget delmoment i tillverkningen av fabriksbetong anknutits till de reklamationer som har uppkommit. Det finns heller inte kartlagt hur jämnt olika betongstationer tillverkar betong d.v.s. om samma betongkvalité alltid har samma utgångskonsistens. Detta kan även vara av betydelse vid reklamationer. Om fabriken med säkerhet alltid levererar betong med samma konsistens kan fel vid gjutning elimineras och det blir på så vis enklare att göra förbättringar. 1.2 Syfte Huvudsyftet med detta examensarbete är att ta fram öppethållandekurvor för olika betongkvalitéer. Vidare var syftet att studera de faktorer som påverkar öppethållandetiden. Med hjälp av kurvorna ska betongstationen veta vilken utgångskonsistens som krävs av en viss betongkvalité för att klara av transporttiden till bygget utan att den blir för styv. För att uppnå detta krävs det att varje betongleverans som testas följs upp m.a.p.: Blandningsförfarande Transportförhållande Receptavvikelse Typ av gjutning Övriga faktorer Denna grundläggande undersökning ska även resultera i att företaget får en bättre inblick i sin blandningsprocess och tillverkningens repeterbarhet. Resultatet kommer också att kunna användas vid reklamationer. Ett delsyfte är också att kartlägga effekten av Sikas olika flyttillsatsmedel. 1

12 1.3 Avgränsningar De betongkvalitéer som undersöktes innehöll; Slite Byggcement, Embra Standardcement samt Anläggningscement. Endast Sikas flyttillsatsmedel utvärderades vid testerna eftersom Sikas flyttillsatsmedel används vid fabrikerna. Lufthalten mättes endast på de betongleveranser som innehöll luftporbildande medel. Endast beprövade betongkvalitéer har tagits med i resultatet. Provtagning utfördes juni, juli samt augusti, år 2004 vilket i allmänhet innebar mulet väder och ca 18 C. Vädrets inverkan på betongens öppethållande kunde därför inte fastställas. 2

13 2. Betong Konsistensförändringar hos fabriksbetong 2.1 Allmänt Betong består av cement, ballast, tillsatsmedel och vatten. Olika typer av gjutningar kräver olika typer av betong med avseende på konsistens, hållfasthet, beständighet, lufthalt o.s.v. För att lättare kunna styra önskad betongkvalité används tillsatsmaterial och flyttillsatsmedel. Flyttillsatsmedel används för att få betongen mer lättflytande, medan luftporbildande medel används för att göra betongen frostbeständig genom en ökad lufthalt. När cement kommer i kontakt med vatten sker en kemisk reaktion då cementpasta bildas, som utgör betongens bindemedel. Genom att mängden delmaterial styrs kan en mängd olika egenskaper uppnås, såväl för färsk betong som för hårdnad. 2.2 Ballast Ballast är en benämning på det bergmaterial som används vid betongtillverkning. Ballastmaterial delas in enligt Tabell 2.1: Tabell 2.1 Indelning av ballastmaterial Beteckning Kornstorlek (mm) Sten > 4 a) Fingrus 8 Sand 4 Filler 0,125 a) I praktiken sätts ofta gränsen vid 8 mm [1]. För att mäta kornstorleksfördelningen används en serie siktar med olika maskvidd, se figur 2.1. och 2.2. Kornstorleksfördelningen presenteras med en siktkurva som bestäms genom att den siktade mängden för varje maskvidd vägs upp. Därefter beräknas hur stor del som passerat av den totala mängden material. Figur 2.1 Siktar med olika maskvidd [2]. Figur 2.2 Serie av siktar [2]. 3

14 En fraktion är sten som antingen kan vara makadam eller singel. Det förkommer även en övergångsfas mellan dessa stentyper. Makadam är krossat och singel är okrossat bergmaterial. Båda används vid tillverkning av betong. 2.3 Cement Cement är av stor vikt för betong. Olika cement ger olika hållfastheter, temperaturutvecklingar, färger o.s.v. Cement består huvudsakligen av kalksten som krossas, bränns och mals. Under denna process tillsätts det även slagg, klinker, gips och övriga tillsatser. Detta skapar en unik sammansättning som gör att cement skiljer sig från fabrik till fabrik. Cementet kan även skilja sig mellan olika leveranser från samma fabrik p.g.a. avvikelser i tillverkningsprocessen [3]. Cement klassas i tre olika klasser enligt SS [4]: CEM I Portlandcement, t.ex. Anläggningscement CEM II Portland-kompositcement, t.ex. Byggcement CEM III Slaggcement Egenskaperna för cementet påverkas av finmalningsgraden och den kemiska sammansättningen. Betong med finmald cement har en snabbare hållfasthetstillväxt än betong med grovmald cement. Detta beror på att ju finare cementet är desto större blir den tillgängliga reaktionsytan. Cementets finhet uttrycks i specifik area (m 2 /kg) vilken är cementkornens sammanlagda area hos 1 kg cement. Vanligtvis varierar den specifika arean mellan 300 och 500 m 2 /kg [4]. Olika material tillsätts cement för att styra reaktionshastighet varav gips är vanligt förekommande. Gipset har en retarderande effekt på reaktionen mellan cement och vatten. På marknaden finns olika cement för olika ändamål. De vanligaste är Byggcement och Anläggningscement. Anläggningscementet är grövre malt d.v.s. har mindre specifik yta än Byggcement samt innehåller mer gips. Anläggningscement används i grova konstruktioner för att minska värmeutvecklingen i betongen. Eftersom Anläggningscement reagerar långsammare utvecklas inte lika mycket energi per tidsenhet som med Byggcement. På så vis kan temperatursprickbildning förhindras. Det finns i Sverige även snabbhårdnande cement. 2.4 Kalkstensfiller Med tillsatser av kalkstensfiller i betong ökar mängden pasta, vilket är ett villkor för att skapa rörlighet hos betongen. Beroende på kalkstensfillerts fraktion påverkas betongens viskositet och stabilitet. Med tillsats av kalkstensfiller erhålls generellt en ökad hållfasthet. Detta gäller såväl den tidiga hållfastheten som sluthållfastheten [5]. Eftersom ballast är naturmaterial kan olika leveranser från samma grustag variera. Kalkstensfiller är ett bra komplement till gruset om inte halten finmaterial i ballasten är tillfredsställande. Ett mera kostsamt sätt att tillverka betong är att använda ballast som innehåller så lite finmaterial så möjligt för att sedan ersätta det naturliga 4

15 finmaterialet på fabriken med kalkstensfiller. På så vis kan man lättare uppnå önskad konsistens [6]. Det är dock kostsamt att tvätta ballasten helt ren från fina partiklar. 2.5 Flyttillsatsmedel Det finns tre sorters flyttillsatsmedel: 1: a, 2: a och 3: e generationen. Gemensamt för dessa tre flyttillsatsmedel är att vattenhalten kan reduceras. Detta medför i sin tur att krympningen minskar. Betongens vattenhalt kan reduceras med 10-30% beroende på utgångskonsistens [7]. Tillsatsmedlen indelas i följande typer [8]: Första generationen kallas för vattenreducerare och är ofta uppbyggd av lignosulfat. Tillsatsmedlet dispergerar cementkornen genom att fästa sig på dess yta och gör dem elektriskt laddade så att de stöts ifrån varandra. Cementkornen klumpar därmed inte ihop sig, vilket resulterar i att vattnet kan flyta in mellan kornen. Betongens vattenbehov minskar på så sätt och det blir möjligt att sänka vattencementtal med bibehållen konsistens. Denna typ av vattenreducerande tillsatsmedel har en retarderande effekt vilket gör att endast låga doseringar kan användas. Andra generationens flyttillsatsmedel verkar på samma sätt som vattenreducerande flyttillsatsmedel. Det som skiljer sig är att 2: a generationen är effektivare. Den retarderande effekten är mindre vilket innebär att en större dosering kan användas. Denna typ av flyttillsatsmedel är baserad på melamin- och naftalenformaldehydkondensat. En nackdel med denna typ av flyttillsatsmedel är att öppethållandetiden är kort. Detta gör att flyttillsatsmedlet ibland får tillsättas i roterbilen på byggarbetsplatsen. Tredje generationens flyttillsatsmedel är uppbyggda av polykarboxylateter vilka har långa kolkedjor som verkar mellan cementpartiklarna i vatten. Kolkedjorna håller samman cementpartiklarna med en sterisk del medan en elektrostatisk del håller isär cementpartiklarna. Den elektrostatiska delen verkar på cementkornens yta vilket medför att cementkornen reppelerar varandra (se första generationen). Den elektrostatiska delen uppfyller de krav som flyttillsatsmedlet har på dispergens och den steriska delen gör så att partiklarna inte fastnar i varandra. Den steriska delen kan beskrivas som ett ludd vilket förhindrar partiklarna i betongen att haka i varandra. Kolkedjorna är långa och utvecklas under blandningen för att sedan fästa på cementkornen. Se figur

16 Figur 2.3 Polykarboxylateter som utvecklas och fäster på cementkornens yta (1-3). Trots att cementkornen börjat reagera kan kolkedjorna fortfarande verka (4-6) [8]. Andra och 3:e generationen kallas även plastiserare respektive superplastiserare. Kännetecken för både är den goda arbetbarheten, där superplastiserande flyttillsatsmedel är effektivast. En otillräcklig blandning av betongen med 3:e generationens flytmedel leder till att eftervätning sker i roterbilen. Eftervätning innebär att betongens konsistens blir lösare efter 5-10 min [1]. Detta beror på att kolkedjorna inte utvecklats tillräckligt i blandaren. Utvecklingen sker senare i roterbilen och kolkedjorna kan då verka bättre på betongen än tidigare. 2.6 Luftporbildande tillsatsmedel Luftporbildande medel tillsätts betong framför allt för att göra betong frostbeständig. I betong finns en normal porstruktur som innehåller luft. Betongens normala lufthalt innehåller ca 2% luft vilket inte är tillräckligt för att låta vatten expandera utan att det spränger betongen. När betong utsätts för frost krävs att den expansion som vatten får vid isbildning kan omhändertas. Vatten expanderar ca9 % då is bildas. Luftporbildande medel verkar genom att det i cementpastan skapas stora mängder av mycket små finfördelade luftblåser med storlek ca 0,05-0,3 mm [9]. Luften i dessa porer ger vattnet en möjlighet att expandera fritt i betongen vid frost. De aktiva komponenterna i luftporbildande medel är tensider eller vinsolharts. Luftporbildare är uppbyggda av molekyler med en hydrofil och en hydrofob del. Den hydrofoba delen kommer att orientera sig mot luftporen och den hydrofila delen mot vätskan. Luftporens storlek bestäms av storleken på molekylens hydrofoba del. Effekten blir att vattnets ytspänning sjunker. För att enskilda små luftporer inte ska slå ihop sig till större porer måste porerna stabiliseras. Detta uppnås genom att de hydrofila-hydrofoba molekylerna ges en sådan struktur att de kan packas och bilda en tät gränsyta mellan luft och vatten [1]. 6

17 3. Den färska betongens egenskaper 3.1 Konsistens Många faktorer kan påverka konsistensen hos betong bl.a. cement, ballast, flyttillsatsmedel och blandningsprocedur. Cementtypen är av betydelse för vattenbehov och arbetbarhet. Hög celit-halt ger snabb konsistensförlust. Cement med låg alkalihalt har lägre vattenbehov, vilket medför att den är mer lämplig för högpresterande betong [7]. En annan aspekt som påverkar vattenbehovet är cementets specifika yta. Cement med stor specifik yta kräver mer vatten för att uppnå god arbetbarhet. Betong med Anläggningscement kräver mindre vattenhalt än betong med Byggcement för att ge samma sättmått, se figur 3.1. Vid samma sättmått kan man därför förvänta sig att betong med Anläggningscement ger något sämre gjutbarhet än betong med Byggcement [1]. Figur 3.1 Vattenhalten vid samma konsistens är högre för betong med Std P cement än för betong med Anläggningscement [1]. Ballastmaterialets gradering är en viktig faktor för konsistensen. Det är normalt en fördel att använda ballast med en relativt låg andel finmaterial vid tillverkning av betong. Finmaterialet i ballasten kan vara svår att kontrollera. Därför är det lättare om filler tillsätts separat i betongen. Kalkstensfiller används ofta för att åstadkomma exakt den kornstorleksfördelning som krävs [6]. Flyttillsatsmedel används frekvent för att förbättra betongens konsistens vilket i sammanhanget benämns flytegenskaper. För att uppnå önskad effekt av flyttillsatsmedlet krävs det att vattenhalten i betongen är exakt. Detta medför att fukthalten i ballasten måste vara känd. 7

18 Konsistens kan mätas med många olika metoder, vanligast är sättmått, se figur 3.2. Metoden förklaras närmare i kap: Figur 3.2 Definition av sättmått [4]. 3.2 Stabilitet Betong är ett kompositmaterial. Huvudfaserna i materialet är cementpasta och ballast. Volymandelen ballast i vanlig betong varierar mellan 65 och 75 volymprocent. Cementpastan utgörs i färsk betong av cement och blandningsvatten. Det är viktigt att den hårda betongen har rätt fördelning och avstånd mellan materialets olika faser för att uppnå rätt egenskaper, se figur 3.3 Figur 3.3 Schematiskbild av fasgränsområdet för betong [9]. 8

19 Generelltsätt har betongens stabilitet stor betydelse för en konstruktion, både estetiskt och hållfasthets mässigt. Stabiliteten är ett uttryck för betongmassans sammanhållning under transport, gjutning och bearbetning samt strax därefter. Stabiliteten karakteriserar betongmassans benägenhet att inte separera. Betongens olika komponenter skiljer sig avsevärt i densitet. De tyngre komponenterna strävar efter att sjunka nedåt och de lättare att stiga uppåt. Otillräcklig stabilitet innebär att delmaterialen separerar från varandra. Detta leder till en inhomogen betong där de övre partierna bl.a. får lägre hållfasthet och större krympning vilket kan medföra förrädiska effekter för konstruktionen. De övre partierna av betongen består då enbart av bruk d.v.s. cement, vatten och sand. Överst på betongen kan det uppstå så kallad cementhud vilket är ett millimetertjockt skikt av utspädd och svag cementpasta. Detta skikt har nedsatt nötningsmotstånd och försämrad vidhäftningsförmåga mot senare pålagda ytmaterial. Det finns tre typer av separation: vattenseparation, brukseparation och stenseparation, se figur 3.4. Figur 3.4 Olika typer av separation för betong [4]. Ju mindre separation desto bättre stabilitet har betongen. Betongmassan blir vid separation skiktad vilket leder till inre spänningar, på grund av olika krympning hos skikten [9]. Vattenseparation sker då finmaterialet d.v.s. cement och filler i betongen inte kan hålla kvar allt vatten. Då avskiljs vatten ur cementpastan och stiger till ytan eller samlas under grövre stenar och armering. Vattenseparation kvarlämnar kanaler i betongen och fickor under stenarna och armeringsstängerna, vilket försämrar den hårdnade betongens hållfasthet och täthet samt vidhäftningen mellan armering och betong [1]. 9

20 Stenseparation uppkommer i huvudsak under transport och bearbetning, vilket innebär att cementpastan inte förmår att hålla kvar stenen i betongen så att den sjunker. Även detta leder till försämrad hållfasthet i konstruktionen. Bruksseparation uppkommer då ett cementbruk bildas på ytan av betongen samtidigt som stenen sjunker, ett undre skikt av betong med hög stenhalt och ett övre utan sten d.v.s. i princip två olika kompositmaterial. Bruksseparation kan inträffa om betongen har för lös konsistens. 3.3 Tillstyvnande När cement kommer i kontakt med vatten sker en kemisk reaktion då bl.a. kalciumsilikathydrat bildas även kallat cementgel. Det är denna cementgel som gör att hållfastheten tillväxer. Hållfastheten är beroende av klinkersammansättningen i cementet. Hög halt av alit ger en snabb hållfasthetsutveckling, belit däremot ger en långsam hållfasthetsutveckling. Hållfasthetsutvecklingen påverkas också av härdningstemperaturen. Högre temperatur ger högre korttidshållfasthet men lägre långtidshållfasthet [9]. Den porösa cementgelen innehåller kemiskt bundet vatten vilket gör att dess volym ökar jämfört med cementpartiklarnas ursprungliga volym. Porutrymmet mellan cementkornen kommer så småningom att fyllas med cementgel, vilket gör att cementpastan blir tätare och där med starkare se figur 3.5. När vatten binds kemiskt till cement minskar dess volym med ca 25% vilket ger utrymme för luftporer i betongen. Figur 3.5 Bild a-d visar hur cementpartiklar hydratiserar [4]. 10

21 3.4 Lufthalt Konsistensförändringar hos fabriksbetong I färsk betongmassa finns det alltid luft, hur väl bearbetad den än är. För normal betong utan luftporbildande tillsatsmedel är lufthalten ca 1% och för självkompakterande betong ca 2%. Med lufthalt menas den totala volymen av alla luftfyllda porer i betongmassan. Den lufthalt som erfordras för att göra betongen frostbeständig är normalt 5-7% [4]. För att uppnå denna förhöjda lufthalt används luftporbildande tillsatsmedel. Säkrast uppnås frostbeständighet med ett enbart luftporbildande tillsatsmedel. Ofta kan en betong med enbart luftporbildande tillsatsmedel inte uppfylla alla krav som beställaren har. Medlet kombineras oftast med flyttillsatsmedel som kan ha en ogynnsam inverkan på luftporsystemet och därmed ge en försämrad frostbeständighet [7]. Blandningsprocessen inverkar på lufthalten och luftporsystemet på ett flertal sätt. Lufthalten ökar med ökande blandningstid fram till en optimal blandningstid efter vilken lufthalten sjunker. Den optimala blandningstiden är beroende av blandartyp samt av betongens konsistens [1], se figur 3.6. Anledningen till ett högre luftinnehåll i självkompakterande betong är att 3: e generationens flyttillsatsmedel bildar luft [10]. Figur 3.6 Principiellt samband mellan blandningstid för optimal lufthalt. Beteckningarna står för: FF= fullflyt, HF= halvflyt, L= lättflyt, T= trögflyt, P= plastisk [1]. Vid transport av betong i roterbil kan en lufthaltsförlust eller en lufthaltsökning ske. Risken för lufthaltsförluster ökar med ökad vibreringsinsats och lösare konsistens. Lufthaltsförluster och även förändringar i porsystemet kan uppkomma i olika skeden från blandning till färdiggjuten konstruktion. Det är viktigt att bedöma aktuella förhållanden när provtagning ska ske. Om betongen inte är blandad tillräckligt länge på fabriken har inte luftporstrukturen utvecklats fullt ut. En mätning av lufthalten på fabriken skulle således ge ett för lågt värde på lufthalten jämfört med en färdigblandad betong efter transport i roterbil. Om betongen däremot blandas för länge på fabriken så blandningstiden överskrider optimal blandningstid, kommer 11

22 betongen att få en minskad lufthalt efter transport under blandning i roterbilen, se figur 3.7. Detta gäller dock inte tredje generationens flyttillsatsmedel där lufthalten successivt ökar under förlängd blandningstid. Figur 3.7 Principiellt samband mellan blandningstid [1]. De fabriker som studerades vid detta arbete, använde olika typer av betongblandare, Helsingborg och Staffanstorp hade frifallsblandare medan Billeberga hade en tvångsblandare. I figur 3.8 och 3.9 visas de olika blandartyperna. En tvångsblandare fungerar generellt sätt bättre än en frifallsblandare. Det går dock inte att hålla lika hög produktionshastighet med en tvångsblandare som med frifallsblandare [11]. Figur 3.8 Frifallsblandare från Helsingborg. Figur 3.9 Tvångsblandare [12]. 12

23 4. Material och metoder 4.1 Material Allmänt Konsistensförändringar hos fabriksbetong Försöken utfördes på fabriksbetong tillverkad vid tre fabriker i Skåne. Fabrikerna fanns i Billeberga, Helsingborg och Staffanstorp. De olika fabrikerna hade inte samma delmaterial till samma betongkvalité. Grus, ballast, tillsatsmedel och cementsort skiljde sig åt. Huvudsakligen studerades betongsorter med Sikas flyttillsatsmedel eftersom betongtillverkaren önskade detta. Olika betongkvalitéer studerades främst normal husbyggnadsbetong samt betong med Anläggningscement. Specialbetong för olika ändamål studerades även men inte lika ingående som de normala betongkvalitéerna Ballast De olika fabrikerna har inte samma ballast- och grussammansättning. Även grushalten (mängd grus/mängd ballast) varierade mellan fabrikerna. Billeberga och Staffanstorp använde generellt sett mer grus i all betong jämfört med Helsingborg. I tabell 4.1 redovisas ballast och grus från de olika fabrikerna. Ballast- och grusfukten mättes på fabrikerna för att få kännedom om hur mycket vatten som fanns i materialen vid blandningsstart. Det är vikigt att en noggrann fuktmätning utförs annars kan vattencementtal i betongen bli felaktigt. Fabrikernas blandarsystem beräknade automatiskt grusfukten och räknade av denna från totala mängden blandningsvatten. Tabell 4.1 Olika ballast för de tre fabrikerna. Fabrik Ort Fraktion (mm) Typ Billeberga Perstorp 0-8 Natur Kvidinge 0-8 Natur Kvidinge 8-16 Natur Perstorp Natur Helsingborg Kvidinge 0-8 Natur Bjärsgård 4-8 Makadam Bjärsgård 8-12 Makadam Bjärsgård 8-16 Makadam Läckeröd Makadam Staffanstorp Perstorp 0-8 Natur Södra Sandby 4-8 Makadam Perstorp 8-16 Natur Södra Sandby Makadam Södra Sandby Makadam Perstorp Natur 13

24 I Helsingborg siktades gruset för att utröna om kornkurvan var tillfredsställande. Den erhållna siktkurvan visas i, figur 4.1 Kurvan ska ligga inom de gränser som företaget har bestämt i samråd med grusleverantören. Figur 4.1 Siktkurva för grus från Kvidinge [6] Cement De cementsorter som användes i detta projekt var: Anläggningscement CEM I 42,5 N BV/SR/LA Byggcement standard PK Slite CEM II/A-L 42,5 R Embra standardcement CEM I 52,5 N I Helsingborg och Staffanstorp användes framför allt Slite Byggcement, i Billeberga användes både Embra standardcement och Slite Byggcement. Anläggningscement användes i alla tre fabrikerna i mindre utsträckning. I Anläggningscement finns det mer gips för att betongen ska få en långsammare hydratationsutveckling [9]. Cementkornen är grövre i jämförelse med byggcement. Ett grövre cementkorn ger mindre specifik yta vilket också leder till långsammare hydratationsutveckling. Embra standardcement är mer finmalt än Slite byggcement, se tabell 4.2. Anläggningscement användes vid brobyggen och vid tjocka konstruktioner där kraftig värmeutveckling förekom. Anläggningscement användes också under hög utetemperatur för att minska risken för temperatursprickbildning. Betongen behövde då inte kylas. 14

25 Tabell 4.2 Data över de tre cementsorter som användes [13][14]. Cementtyp Specifik yta Vikat Densitet Hållfasthet (m 2 /kg) (min) b) (kg/m 3 ) (1 dygn, MPa ) Anläggning Embra Bygg b) Vicat= mått på bindetid Kalkstensfiller Självkompakterande betong samt betong i sättmåttsklass 5 (fullflyt) innehöll kalkstensfiller för att undvika separation hos betongen. Även vissa andra betongkvalitéer innehöll kalkstensfiller fast inte i lika stora mängder. Andelen kalkstensfiller var beroende av andelen finmaterial som fanns i ballasten Flyttillsatsmedel De flyttillsatsmedel som användes i detta projekt var: Sikament 56 Sikament 56/50 Sikament EVO 26 Sikament 20 HE Sikament 56 är ett supereffektivt vattenreducerande flyttillsatsmedel av den tredje generationen som ger betongen en god arbetbarhet och god hållfasthetsutveckling. Sikament 56 kan användas till alla typer av betongkvalitéer, särskilt inom: Självkompakterande betong Sprutbetong Betong med högt krav på vattenreduktion (upp till 40%) Höghållfast betong Självtorkande betong Betongkvalité med ökat öppethållande Sikament 56/50 har samma egenskaper som Sikament 56. Det som skiljer är att Sikament 56/50 är utspädd med 50% vatten. Genom att späda ut medlet är det enklare att doserar flyttillsatsmedlet vid blandning på fabrik. Flyttillsatsmedlet EVO 26 har samma egenskaper och användningsområde som Sikament 56. Skillnaden är att Sikament EVO 26 har extra lång öppethållandetid. Sikament 20 HE är ett supereffektivt vattenreducerande flyttillsatsmedel av den tredje generationen med kort öppethållandetid och mycket god hållfasthetstillväxt. Detta flyttillsatsmedel lämpar sig vid mycket korta leveranssträckor eller vid förtillverkning [15]. Tanken med Sikament 20 HE och Skament EVO 26 är att fabrikerna ska kunna styra öppethållandet med dessa två flyttillsatsmedel. På vintern kan det vara lämpligt 15

26 att blanda 80% Sikament 20 HE och 20% Sikament EVO 26 beroende på temperatur och körsträcka. På sommaren doseras flyttillsatsmedlen tvärtom i ordning [16]. Sikament 56 motsvarar en 50 procentig blandning av Sikament EVO 26 och Sikament 20 HE Luftporbildande medel Det luftporbildande medlet som användes i studien var Peramin HPA som var tensidbaserat. Medlet användes i konstruktioner som utsattes för mycket väta i kombination med frost så som broar och vägbeläggningar Betongsammansättning Flera olika betongsammansättningar kartlades i studien. Eftersom tiden för studien var begränsad studerades den betong som respektive fabrik tillverkade under perioden. I avsnitt redovisas de olika stenfraktionerna som fanns på de tre fabrikerna. Generellt sätt hade Helsingborgsfabrik en mindre mängd grus i betongsammansättningen än Billeberga och Staffanstorp se tabell 4.4. I Appendix A finns fullständig redovisning av de olika betongrecept som studerades. En receptkod ger information om hållfasthet, största stenstorlek, lufthalt, sättmåttklass, cementsort samt annan information om det fanns att ge. Receptkoden är uppbyggd enligt Figur 4.2: Största stenstorlek Betyder Turning Torso, som var ett lokalt bygge. (förkommer vid fyra tillfällen) Hållfasthet Figur 4.2 Receptbeteckning. TT aa bb Sx c --- Sättmåttklass Cementsort (om inget anges är det Byggcement) Lufthalt (om tillsats förekommer) Tillägg kan förekomma i receptkoden om det är en specialbetong som t.ex. självtorkande betong, då det står ST på slutet av receptkoden. Då det står BRO på slutet är det för provad betong med Anläggningcement. I figur 4.3 redovisas de olika konsistensklasser som finns. Tabell 4.3 Möjlig variation för olika konsistensklasser enligt SS [17]. Konsistensklass (sättmåttklass) Sättmått (mm) S S S S S5 >210 F6 >630 (utbredning, diameter (mm)) 16

27 Tabell 4.4 Sten/grusförhållande vid tillverkning av betong C30 (vattencementtal: 0.65). Fabrik Sten/grus förhållande (%) Billeberga 62 Helsingborg 57 Staffanstorp Mätmetoder Konsistens Konsistensen mättes med en sättkon figur 4.3, enligt standarden SS [17]. Denna metod användes för alla betongkvalitéer utom självkompakterande, då istället flytsättmåttet mättes, figur 4.4. Förberedelserna inför de olika metoderna var desamma. Konen fuktades först med en trasa och placerades på en fuktad horisontell yta. Därefter fylldes konen till tre ungefär lika stora lager betong. Mellan varje lager kompakterades betongen med 25 stötar med en stålstång. Efter den sista bearbetningen fylldes konen och ytan jämnades av med en rullande rörelse med stålstången. Sedan togs överflödig betong bort runt sättkonen, varefter konen lyftes rakt upp i en jämn rörelse. Sättmåttet mättes sedan från överkant betong till underkant stålstång. Om provet stjälpte togs ett nytt prov och det gamla provet kasserades. Figur 4.3 Sättkon och stav för kompaktering [2]. För självkompakterande betong mättes flytsättmått, enligt SS (modifierad) [17]. När konsistens hos självkompakterande betong mättes placerades den fuktade konen upp och ned, konen fylldes därefter med betong. Sedan lyftes konen rakt upp och betongen flöt ut. När betongen stannat mättes flytsättmåttet på två diagonaler och ett medeltal beräknades. Som riktvärde ska självkompakterande betong ha ett utbredningsmått på 700 mm. 17

28 Figur 4.4 Flytsättmått där den svarta linjen visar en cirkel med diametern 700 mm Lufthalt För de betongkvalitéer som innehöll luftporbildande medel (Peramin HPA), mättes den aktuella lufthalten för att kontrollera att den var korrekt. Detta gjordes på fabriken och på byggarbetsplatsen. Vid ett fåtal tillfällen mättes även lufthalten före och efter betongpump på byggarbetsplatsen. Lufthaltsmätningar utfördes enligt SS [17]. Den betong som provades togs i en balja, från den fylldes sedan kärlet (figur 4.5) i två lager, efter varje lager vibrerades kärlet på ett vibrationsbord (figur 4.6) tills det att en jämn yta bildades och ballasten sjönk ned. Efter detta slogs tio lätta slag med en träklubba mot kärlets utsida. Därefter rengjordes kontaktytan genom en sågande rörelse med stålstaven och överdelen sattes på plats och låstes. Sedan fylldes vatten på tills det kom ut genom motsatt ventil. Därefter låstes ventilerna och mätaren korrigerades. Sedan pumpades ett tryck upp i behållaren. Då stannade endast den luft kvar som skulle mätas i betongen. Lufthalten kunde då läsas av direkt från avläsningsfönstret. Figur 4.5 Lufthaltsmätare [2]. Figur 4.6 Vibrationsbord [2]. 18

29 4.2.3 Hållfasthet Konsistensförändringar hos fabriksbetong Hållfastheten mättes enligt SS [17]. På de betongkvalitéer som innehöll luftporbildande medel göts kuber för att mäta tryckhållfastheten vid 28 dygn. Hållfastheten kontrollerades även på beställning eller för eget intresse vid speciella betongkvalitéer. Detta förekom framförallt på fabriken i Helsingborg som vid provningstiden hade en stor beställning på vit självkompakterande betong. Kuber (figur 4.7) göts antingen på fabrik eller på byggarbetsplatsen. Vid provning fylldes den inoljade kuben med betong i två lager och kompakteras på ett vibrationsbord mellan lagerna. Därefter skrapades ytan med en stålstång som jämnade av ytan. Kuben märktes sedan med recept, datum och nummer. Kuben placerades därefter under plast i ett dygn för att sedan placeras i ett vattenbad (20 C) resterande tid fram till 28 dygns ålder. Vid 28 dygnsålder provtrycktes kuben och hållfastheten registrerades. Hållfastheten räknades då om från kubhållfasthet till cylinderhållfasthet. Kuber av självkompakterande betong vibrerades inte. Figur 4.7 Kuber för bestämning av hållfasthet [2] Öppethållandetid För att mäta öppethållandetid för olika betongkvalitéer togs sättmått resp. flytsättmått vid olika tidpunkter för att observera hur konsistensen varierade över tiden. I detta fall togs sättmått resp. flytsättmått på fabrik och tidpunkten registrerades. Nästa mått togs på byggarbetsplatsen då konsistens, tidpunkt och temperatur registrerades, se figur För att få en betong som är representativ togs betongprov först då ungefär 200 l lämnat bilen. Processen upprepades sedan var femtonde minut. Konsistens, utseende, eventuella separationer dokumenterades. Även andra omständigheter som kunde inverka på betongen antecknades så som om rotorn var på, om chauffören tvättat bilen mycket, hur länge bilen hade väntat o.s.v. Om leveransen tömdes inom tio minuter togs ett mått i slutet av leveransen, för att observera konsistensförlusten under tömning av roterbilen. Vid varje mått mättes även betongtemperaturen för att observera tidens inverkar. Betongen som provades användes sedan i gjutningen för att inte för stort spill skulle fås. 19

30 Figur Betongtemperaturen mättes på fält med en Test 925 och på fabrik med en quick [2]. 4.3 Insamling och urval av data Allmänt Mätningar utfördes i Billeberga, Helsingborg och Staffanstorp. I Billeberga och Helsingborg utfördes även laboratorietester. För att få tillräckligt antal prov för att bedöma standardavvikelse och varians eftersträvades byggarbetsplatser dit stora mängder betong levererades. Detta har inte alltid varit möjligt och därför provades även mindre leveranser. Väderförhållande samt avvikelser i produktion noterades vid varje betongleverans. Ballast Betong övergick från att använda Peramin till Sikas flyttillsatsmedel. För att resultatet av studien ska vara användbar studerades främst betongblandningar med Sikas produkter. Vid mätningar i Helsingborg ändrades inte recepten i någon större utsträckning under testperioden. Många mätningar förkastades dessvärre p.g.a. stora avvikelser från recepten. Vid mätningar i Billeberga och Staffanstorp ändrades recepten vid ett antal tillfällen efterhand som mätningarna pågick. Eftersom det var första gången ett specifikt recept blandades med Sikas flyttillsatsmedel kompletterades recepten i början. Följande händelser gjorde att en specifik mätning fick sorteras bort: Då cementgrus blandades före avsedd betongblandning Om betongen efterspäddes manuellt med flytmedel eller vatten När gammal betong förekom i roterbilen Avvikande vattencementtal Övriga observationer Cementgrus Helsingborgsfabriken hade vid tillfället för studien en stor order på cementgrus. Därför hade väggarna i blandaren ofta rester av cementgrus. Cementgrus är en blandning av cement och grus vilket har hög kapillär sugförmåga. Detta resulterade ofta i att leveransen som blandades efter cementgrus späddes med vatten för att uppnå 20

31 rätt konsistens. Mängden vatten som tillfördes utöver de 15 l/m 3 (som var tillåtna som efterspädning d.v.s.?= 15/300= 0,05) dokumenterades inte i laborationsrapporten och levererat vattencementtal kunde på så vis inte beräknas. Alla betongblandningar som innehöll rester från cementgrus förkastades i utvärdering av betongens öppethållande. Värdena är dock med i utvärderingen för respektive fabriks blandningsrepeterbarhet. I figur 4.11 visas hur betongen påverkades av cementgrus. Effekten när blandaren torkats ut av cementgrus visar att det framför allt är utgångskonsistensen som blir lägre. Sättmått (mm) :00 00:05 00:10 00:15 00:20 00:25 00:30 00:35 Tid (h:min) 00:40 00:45 00:50 00:55 01:00 Väder: Mulet Temp: 16 C RF: 50 % Vind: 2 m/s Medel C.G Medel normal Figur 4.11 Konsekvenser av cementgrus för betong 4025S2 från Helsingborg Efterspädning Vid blandningsstart tillsattes allt vatten utom 15 l/m 3. På så vis kunde konsistensen korrigeras med detta vatten utan att ändra avsett vattencementtal. Vissa betongblandningar efterspädes dock utöver de 15 l/m 3 som var tillåtna enligt blandningsprogrammen. När blandningarna efterspädes utöver det tillåtna förkastades mätningarna vid utvärdering av öppethållande. Denna typ av efterspädning dokumenterades ingenstans utan det var endast blandningsmaskinisten som var medveten om detta. Värdena behandlades vid utvärdering av fabrikernas blandningsrepeterbarhet. Antalet efterspädda betongblandningar utgjorde ca 10% i Helsingborg. I Staffanstorp och i synnerhet Billeberga skedde detta ytterst sällan (inte ett enda dokumenterat fall). Det kan bero på att fabriken i Staffanstorp blandade två satser per leverans och kunde då på ett enklare sätt korrigera konsistensen i leveransen. I Billeberga blandades fem satser per leverans och där var det ännu större möjlighet att korrigera leveransen mellan satserna. 21

32 4.3.4 Gammal betong i roterbilen Vid ett flertal tillfällen uppmärksammades det att receptens är- och bör värden var mycket olika. Anledningen till detta visade sig vara att den betong som blivit över vid en leverans kom tillbaka till fabriken och återanvändes. För att uppnå rätt konsistens på den beställda betongen gjorde blandarmaskinisten en gissning och blandade in delmaterial efter vad han trodde var lämpligt. På detta vis förekom det således gammal betong som levererades som ny. Detta är inte tillrådigt till följd av risk för tidig tillstyvnad [10]. Då det fanns gammal betong kvar i roterbilen förkastades mätningarna med hänsyn till öppethållandetid och repeterbarhet. Detta eftersom mängderna av delmaterialen på receptet inte överensstämde med ursprungsreceptet Avvikande vattencementtal Vid ett antal tillfällen skiljde sig vattencementtal något mellan olika leveranser av olika anledningar. En av anledningarna var ändrad grusfukt, som i sin tur gjorde att olika mycket vatten skulle tillsättas betongen. Om grusfukten minskades i datorsystemet tillsattes mer vatten till blandningen som kompensation. Detta var ett stort problem eftersom gruset förvarades utomhus för att sedan tas in i silosar när de fylldes på. Alltså kunde en blöt sommar med mycket regn resultera i mycket fuktig grus. Vid vissa tillfällen rann det vatten från transportbandet innan gruset tillsattes betongen. Om detektorn för grusfukt var placerad på ett olämpligt ställe kunde det innebära att den endast kände av torrt eller blött grus och tillsatte resp. tog bort mer vatten i betongen än vad som egentligen behövdes. Därför kunde grusfukten ställa till det vid beräkning av vattencementtal. De värden som misstänktes vara fel sorterades bort med avseende på öppethållandetid men inte med avseende på fabrikernas repeterbarhet. Vissa leveranser skilde i vattencementtal på grund av andra anledningar. En avvikelse större än ±0.02 har lett till förkastning av mätserie med avseende på öppethållandetid men inte med avseende på repeterbarhet Övriga observationer För att skynda på produktionen hände det att blandarmaskinisten skrev ut följesedeln före det att blandningstiden uppnåddes. Detta innebar att chauffören fick sin följesedel tidigare och kunde köra iväg några sekunder tidigare. Då en följesedel skrevs ut före det att blandningstiden uppnåddes registrerades inte vattencementtalet och mängden spädvatten. Därför kunde inte vattencementtalet beräknas med säkerhet ur tillgänglig information. Detta hände endast i Helsingborg, i storleksordning 10-15% av alla mätserier. Vid mätfel förkastades resultaten. Orsaken kunde vara felaktigt lyft av sättkon. 22

33 5. Resultat och diskussion 5.1 Effekt av flyttillsatsmedel För att jämföra olika flyttillsatsmedel med avseende på öppethållandetid blandades en leverans i två satser, den första med Sikament EVO 26 och den andra med Sikament 20 HE. De två blandningarna förvarades i stora baljor som täcktes över med plast. Baljorna placerades inomhus för att de skulle få samma förutsättningar med avseende på omgivande temperatur och relativ fuktighet. Var tionde minut togs ett sättmått, innan varje prov blandades betongen om för hand i baljan för att en så homogen betong som möjligt skulle erhållas. Denna laboratoriestudie utfördes i Helsingborg. Syftet var att observera hur lång tid det tog innan de olika blandningarna nådde en given konsistens. Denna typ av försök utfördes vid ett tillfälle på två olika betongkvalitéer. Vid laboratorieprovningar i Billeberga fanns det möjlighet att förvara betongen i en blandare vilket resulterade i en bättre omrörning innan varje prov och därför större trovärdighet. Där utfördes ett öppethållandetest på en betong med Sikament 56. Även i detta fall var syftet att se hur lång tid det tog innan blandningen nått en given konsistens. I samtliga laboratorieförsök gjordes en jämförelse för samma utgångskonsistens till samma förlust, i detta fall 110 mm. Resultaten presenteras i tabell 5.1 och figur 5.1. I figur 5.1 syns det att betongen med Sikament 20 HE hade kortare öppethållande än de andra två betongkvalitéerna. Betongen med Sikament 56 innehöll mer flyttillsatsmedel för att erhålla samma utgångskonsistens. Detta kan vara anledningen till varför betong med Sikament 56 fick extra långt öppethållande. I tabell 5.2 syns skillnaden i fält mellan Sikament EVO 26 och Sikament 20 HE. Betongen levererades till samma byggarbetsplats under samma förutsättningar. Tabell 5.1 Öppethållandetid för olika flyttillsatsmedel för att minska till 110 mm i sättmått, (värdena är hämtade ur figur 5.1). Betong 3016S4(d) och 3016S4(c) samt 3016S4(c). Flyttillsatsmedel Utgångskonsistens Slutkonsistens Tid Fabrik (mm) (mm) (h) Sikament EVO :20 Helsingborg Sikament 20 HE :13 Helsingborg Sikament :45 Billeberga Tabell 5.2 Konsistensförlust för betong 4016S25BRO(a) och 4016S25BRO(b). Skillnaden mellan de båda är flyttillsatsmedlet, betongen blandades i Helsingborg. Flyttillsatsmedel Utgångskonsistens (mm) Konsistens efter 40 min (mm) Konsistensförlust (mm) Sikament EVO Sikament 20 HE

34 Sättmått (mm) Konsistensförändringar hos fabriksbetong 00:00 00:05 00:10 00:15 00:20 00:25 00:30 00:35 00:40 00:45 00:50 00:55 01:00 01:05 01:10 01:15 01:20 01:25 01:30 01:35 01:40 Tid (h:min) Sikament EVO 26, betong 3016S4(d) Helsingborg Sikament 20 HE, betong 3016S4(c) Helsingborg Sikament 56, betong 3016S4(c) Billeberga Figur 5.1 Öppethållandetid för olika flyttillsatsmedel med samma utgångskonsistens. Mer flyttillsatsmedel i betongen med Sikament 56 än i betongen med Sikament EVO 26 och 20 HE. 5.2 Repeterbarhet Fabrikerna hade olika betongblandare och olika blandarmaskinister. I Billeberga användes en tvångsblandare som endast blandade 2 m 3 åt gången. Eftersom en leverans blandades i flera satser kunde en avvikelse i konsistens enklare korrigeras. I Helsingborg och Staffanstorp används frifallsblandare på 6,0 resp. 3,5 m 3. I Staffanstorp fanns möjlighet till korrigering mellan första och andra satsen medan det i Helsingborg var svårare att uppnå korrekt konsistens. Helsingborgsfabriken blandade generellt lösare konsistens än nödvändigt vilket visas i figur 5.2 som är hämtat ur Appendix B. Figur 5.2 visar det börvärde som användes av resp. fabrik (Detta börvärde får inte förväxlas med SS- standarden). Det är det sättmått som betongen enligt sättmåttklassen bör ha direkt efter blandning enligt blandarprogrammet. I figur 5.2 finns även uträknat standardavvikelse för de olika betongkvalitéerna. Tabellerna visar en sammanställning av Appendix B. Tabell 5.6 visar en sammanställning av avvikelser från börvärde och standardavvikelsen för resp. fabrik. De betongkvalitéer som innehöll Anläggningscement blandades generellt sätt lösare eftersom öppethållandetiden är kortare i jämförelse med bygg- och standardcement [6]. 24

35 Sättmått (mm) Konsistensförändringar hos fabriksbetong Leveransnummer Figur 5.2 Utgångskonsistens för 4025S2ANL och 4016S25BRO. 4025S2ANL Medel: 190 Standardavvikelse: S25BRO Medel: 175 Standardavvikelse: 31 Börvärde 4025S2 ANL 4016S25 BRO Tabell 5.3 Standardavvikelse för sättmåttklass F6 (självkompakterande betong), flytsättmåttet bör ligga på 700 mm på fabrik. Fabrik Medelutbredningsmått Standardavvikelse Avvikelse från (mm) (mm) börvärde (mm) Helsingborg Staffanstorp Tabell 5.4 Standardavvikelse för sättmåttklass S2 (trögflytande betong), sättmåttet bör ligga på 90 mm på fabrik. Fabrik Medelsättmått (mm) Standardavvikelse Avvikelse från (mm) börvärde (mm) Billeberga Helsingborg Tabell 5.5 Standardavvikelse för sättmåttklass S3 (lättflytande betong), sättmåttet bör ligga på 160 mm på fabrik. Fabrik Medelsättmått (mm) Standardavvikelse Avvikelse från (mm) börvärde (mm) Staffanstorp Tabell 5.6 Standardavvikelse för sättmåttklass S4 (halvflytande betong), sättmåttet bör ligga på 190 mm på fabrik. Fabrik Medelsättmått (mm) Standardavvikelse Avvikelse från (mm) börvärde (mm) Billeberga Helsingborg Staffanstorp

36 Tabell 5.7 Standardavvikelse för sättmåttklass S5 (fullflytande betong), sättmåttet bör ligga på 200 mm på fabrik. Fabrik Medelsättmått (mm) Standardavvikelse Avvikelse från (mm) börvärde (mm) Billeberga Staffanstorp Tabellerna visar att samtliga fabriker levererade en betongkvalité som inte helt överensstämde med den som kunden hade beställt. Istället levererades en betong med något lösare konsistens. Detta innebar att kunden inte behövde beställa en betongkvalité med bättre arbetbarhet utan fick det utan att behöva betala tillägg. Detta kan vara en anledning till att betongfabriken i Helsingborg inte fick en enda beställning av kvalitén S4 (fullflyt) under testperioden. De kunder som beställde sättmåttklass S2 (trögflyt) fick istället sättmåttklass S4 (fullflyt). Generellt var avvikelsen mellan beställd betong och levererad liten (sättmått S4, den kvalité som levererades mest). Det var inte bara tröga konsistenser som Helsingborgsfabriken hade problem att blanda utan samma gällde för självkompakterande betong. Denna betongkvalité hade störst standardavvikelse. Fel konsistens innebar också stora svårigheter för betongarbetarna som trodde att den betongkvalité som beställts även levererades. Billeberga och Staffanstorp var bättre på att leverera korrekt konsistens än Helsingborg vilket syns i Appendix B, tabell 5.8. Tabell 5.8 Statistisk data för de olika fabrikerna med avseende på utgångsvärde. Fabrik Konsistens Antal leveranser (st) Avvikelse från börvärdet (mm) Billeberga S S S Viktat medelvärde Helsingborg F S S Viktat medelvärde, ej F6 Staffanstorp F S S S Viktat medelvärde, ej F Standardavvikelse (mm)

37 5.3 Lufthalt Konsistensförändringar hos fabriksbetong När betongen transporterades från fabrik till byggarbetsplats förändrades lufthalten. Generellt minskade lufthalten hos betongen under transporten p.g.a. vibrationer, vilket visas i Appendix C och figur 5.3. Alla leveranser utom en fick en lägre lufthalt på arbetsplatsen än på fabrik i figur 5.3. Samtliga mätningar visas i Appendix C för de olika fabrikerna och resp. recept. Figur 5.3 är hämtad ur Appendix C som ett typexempel. I figur 5.3 redovisas en lufthalt på fabriken och en på arbetsplatsen. Börvärdet är den lufthalt som betongen enligt resp. fabrik skulle innehålla Lufthalt (%) Leveransnummer Börvärde Luft (fabrik) Luft (bygge) Figur 5.3 Minskning av lufthalt under transport från fabrik till byggarbetsplats. Betong 4016S25BRO(b). I figur 5.3 och Appendix C4 undersöktes samma betongkvalité fast med olika flyttillsatsmedel. Det var även till samma byggarbetsplats som betongen levererades. Betong med Sikament EVO 26 (Appendix C4) förlorade mer luft än betong med Sikament 20 HE (figur 5.3). Dessa två flyttillsatsmedel hade således olika inverkan på det luftporbildande medlet. I avsnitt 3.4 redogörs för hur blandningstiden påverkar lufthalten. Blandningstiden kan förklara varför vissa lufthalter blir högre på arbetsplatsen än på fabriken. I figur 5.3 har andra mätningen en högre lufthalt på arbetsplatsen än på fabriken, vilket kan tänkas bero på avvikelse i blandningstid. En för kort blandningstid resulterar i ökad lufthalt på arbetsplatsen, eftersom den aktiva substansen i medlet inte hinner utveckla full lufthalt i blandaren. 5.4 Hållfasthet Kubhållfasthet mättes på betongkvalitéer som valdes ut av Ballast Betongs dator på resp. fabrik. Betongkvalitéer som innehöll luftporbildande medel trycktestades i regel alltid. Även speciella betongkvalitéer trycktes mest av eget intresse och som en säkerhet för leveransen. Hållfastheten för den fortlöpande provtagningen registrerades 27

38 endast i Helsingborg. På de andra fabrikerna fanns det inte möjlighet till detta, eftersom arbetet var tidsbegränsat. Resultatet på de provkroppar som tryckets i Helsingborg visas i tabell 5.9 Tabell 5.9 Kubhållfasthet omräknad till cylinderhållfasthet från Helsingborgs fabriken samt avvikelse från hållfasthetsklass. Recept Cylinderhållfasthet Avvikelse Lufthalt Flyttillsatsmedel (MPa) (MPa) (%) 3016S4 37,2 +7,2 - Sikament 20 HE 3016S4 36,6 +6,6 - Sikament EVO S3 35,6 +5,6 - Sikament 20 HE 3516F6 45,8 +10,8 - Sikament 20 HE 4016S25BRO 50,7 +10,7 6,5 Sikament EVO S25BRO 46,6 +4,6 6,9 Sikament 20 HE 4025S2ANL 41,7 +11,7 - Sikament 20 HE 4212F65VIT 47,0 +5,0 - Sikament 20 HE & Sikament EVO S46 54,8 +4,8 6,8 Sikament 20 HE 6016F6ST 71,4 +11,4 - Sikament EVO F6ST 68,7 +8,7 - Sikament EVO 26 Hållfasthetstesterna uppfyller mer än väl de krav som standarden ställer. Vid en överhållfasthet om 10 MPa har ungefär 80 kg/m 3 för mycket cement använts. Mycket stora besparingar skulle således kunna göras om levererad betong bättre anpassades till beställd betong i frågan om hållfasthet, sannolikt ca 60 kg/m 3 minskning av genomsnittliga cementhalten vid Helsingborgsfabriken, d.v.s. miljonbelopp per år [10]. 5.5 Konsistensförlust För att mäta konsistensförlusten togs ett sättmått ca var tionde minut för att se hur mycket betongen minskade i konsistens över tiden. I Appendix D visas öppethållandetid för de betongkvalitéer som undersöktes. Appendix D innehåller information om betongen, dess ursprung samt väderförhållande vid provning. Figur 5.4 är ett exempel från Appendix D där medelvärde från olika mätserier visas. Tabell visar en sammanställning av Appendix D. Fyrtio min är antaget som referenstid som en jämförelse för de olika betongkvalitéerna. Det tar ofta ca 40 min för transport och lossnig av betongen. Vid två tillfällen var leveranstiden kortare (25 min) detta redovisa också. 28

39 Sättmått (mm) :00 00:05 00:10 00:15 Konsistensförändringar hos fabriksbetong 00:20 00:25 00:30 00:35 Tid (h:min) 00:40 00:45 00:50 00:55 01:00 Väder: Soldis Temp: 17,0 C RF: 62 % Vind: 0 m/s Medel Figur 5.4 Öppethållandetid med sättmått som variabel för betong 4016S25 BRO(b) från Helsingborg. Tabell 5.10 Konsistensförluster baserat på Appendix D. Konsistensförlust 40 minuter efter blandning. Följande betongkvalitéer blandades i Billeberga. Betongkvalité Utgångskonsistens (mm) Konsistens efter: 40 min (mm) Konsistensförlust (mm) 3016S4(a) S5(a) S5(b) Tabell 5.11 Konsistensförluster baserat på Appendix D. Konsistensförlust 40 och 25 minuter efter blandning. Följande betongkvalitéer blandades i Helsingborg Betongkvalité Utgångskonsistens (mm) Konsistens efter: 25 min 40 min (mm) Konsistensförlust (mm) 3016S4(a) S4(b) S S2ANL S25BRO(a) S25BRO(b) Tabell 5.12 Konsistensförluster baserat på Appendix D. Konsistensförlust 40 minuter efter blandning. Följande betongkvalitéer blandades i Staffanstorp. Betongkvalité Utgångskonsistens Konsistens efter: Konsistensförlust (mm) 40 min (mm) (mm) 3016S TT45T25ANL(a) TT45T25ANL(b) TT45T25ANL(c) TT45T25FF

40 Tabell 5.13 Konsistensförlust baserad på Appendix D.4. Konsistensförlust 40 minuter efter blandning. Följande betongkvalité blandades i Helsingborg. Betongkvalité Utgångskonsistens Konsistens efter Konsistensförlust (mm) 40 min (mm) (mm) 3016F Den självkompakterande betongen visade en tendens till minskning av flytsättmåttet över tiden enligt tabell Denna tendens sågs inte lika tydlig för sättmåttklasserna S4 och S5 som visade sig ha en mycket stabil öppethållandetid (fram för allt S5) enligt tabell Vad gällande sättmåttklass S2 var det stor skillnad mellan betongrecepten och därför svårt att dra några generella slutsatser. De betongkvalitéer som innehöll Anläggningscement hade större konsistensförlust än betongkvalitéer med de andra typerna av cement. Eftersom detta var allmänt känt i branschen tillsattes det en högre halt av vatten eller flyttillsatsmedel i betongkvalitéer med Anläggningscement [11]. Detta innebar att de fick en lösare utgångskonsistens för att få korrekt konsistens när betongen anlände till byggarbetsplatsen. I figur 5.5 visas en typisk minskning av sättmåttet för Anläggningscement. De betongkvalitéer som innehöll Anläggningscement var ofta brobetong som framför allt användes i grova konstruktioner som i sin tur gav en stor värmeutveckling. Anläggningscement ger en långsammare temperaturutveckling, vilket är att föredra i tjocka konstruktioner för att undvika sprickbildning. Figur 5.5 och 5.6 visas skillnaden mellan Slite Byggcement och Embra standardcement. Betongblandningarna var identiska förutom mängden flyttillsatsmedel. Betongen med Embra standardcement innehöll mindre flyttillsatsmedel och hade trots detta en mindre konsistensförlust. Sättmått (mm) :00 00:05 00:10 00:15 00:20 00:25 00:30 Tid (h:min) 00:35 00:40 00:45 00:50 Väder: Soldis Temp: 20,0 C RF: 70 % Vind: 0 m/s Medel 0,7% Figur 5.5 Konsistensförlust för betong 3016S5(a) med 0,81 kg/m 3 flyttillsatsmedel (torrhalt) och Slite byggcement. 30

41 Sättmått (mm) :00 00:05 00:10 00:15 Konsistensförändringar hos fabriksbetong 00:20 00:25 00:30 00:35 00:40 Tid (h:min) 00:45 00:50 00:55 01:00 01:05 01:10 Väder: Sol Temp: 16,0 C RF: 58 % Vind: 2 m/s Medel 0,5% Figur 5.6 Konsistensförlust för 3016S5(b) med 0,59 kg/m 3 flyttillsatsmedel (torrhalt) och Embra Standardcement. 5.6 Utvärdering och uppföljning av gjutning Efter avslutad gjutning fick en betongarbetare fylla i en enkät. I enkäten var de flesta (68%) nöjda med arbetbarheten i betongen och de tyckte även att det var den betongkvalité de beställt som levererades (71%). Hela enkäten redovisas i Appendix E. Enkäten innefattade 18 stycken arbetsplatser och 111 betongleveranser. Betongen var tillverkad av (NCC Roads AB Sverige Sydväst) Ballast Betong Billeberga, Helsingborg och Staffanstorp. 5.7 Effekt av efterspädning Vid ett fåtal tillfällen fick betongen ges en lösare konsistens. Detta skedde antingen med tillsättning av vatten eller med flyttillsatsmedel. Då betongen späddes med flyttillsatsmedel användes det flyttillsatsmedel som resp. fabrik använde. Efterspädning skedde efter det att för styv konsistens hade konstaterats på byggarbetsplatsen av antingen provtagare, beställare eller chaufför. Flyttillsatsmedlet hälldes i den fulla roterbilen. Betongen homogeniserades sedan under ca två minuter. Efterspädning med flyttillsatsmedel skedde främst på byggarbetsplatserna. Efterspädning med vatten skedde på fabrik. I figurerna visas effekter av spädning med flyttillsatsmedel eller vatten. 31

42 Sättmått (mm) S4, 0,07 % av cementvikten 3516S4, 0,09 % av cementvikten TT45T25FF, 0,12 % av cementvikten 00:00 00:10 00:20 00:30 00:40 00:50 01:00 01:10 01:20 01:30 Tid (h:min) 01:40 Figur 5.7 Effekt av efterspädning med flyttillsatsmedel på byggarbetsplats. Betong 3525S4 kommer från Billeberga och är spädd med Sikament 56. Betong 3516S4 och TT45T25FF kommer från Staffanstorp och är spädda med Sikament 56/50. 01:50 02:00 02:10 02:20 02:30 Sättmått (mm) F6, 1 % av cementvikten 3016F6, 2 % av cementvikten 3016F6, 2 % av cementvikten 3016F6, 3 % av cementvikten 00:00 00:05 00:10 00:15 00:20 00:25 00:30 00:35 00:40 00:45 00:50 00:55 01:00 01:05 01:10 Tid (h:min) Figur 5.8 Effekt av efterspädning på fabrik med vatten för SKB i Helsingborg. 32

43 Sättmått (mm) S4(b), 2,1 % av cementvikten 3016S3, 2,2 % av cementvikten 4016S25BRO(b), 0,8 % av cementvikten 4016S25BRO(a), 0,8 % av cementvikten 00:00 00:05 00:10 00:15 00:20 00:25 00:30 00:35 00:40 Tid (h:min) 00:45 Figur 5.9 Effekt av efterspädning med vatten på fabrik för några olika betongkvalitéer i Helsingborg. 4016S25BRO(a) och 4016S25BRO(b) innehåller luftporbildande medel. 00:50 00:55 01:00 01:05 01:10 Efter denna undersökning fanns det för lite material för att dra några konkreta slutsatser om vad som exakt händer vid efterspädning av flyttillsatsmedel eller vatten. Dock verkar det som att det vid efterspädning med flyttillsatsmedel fanns risk för en förhållandevis snabb konsistensförlust. Detta visas i figur 5.7. Samma tendens kan inte skönjas när betongen efterspäds med vatten, detta framförallt för lösa konsistenser. Betong innehållande luftporbildande medel har en tendens att förlora konsistens trots efterspädning med vatten, se figur 5.9. Efterspädning med vatten resulterar i att vattencementtalet ökar i betongen vilket inte är tillåtet. 33

44 Konsistensförändringar hos fabriksbetong 6. Felkällor och noggrannhet 6.1 Felkällor Konsistensförlust Felkällorna kunde i detta fall till största del påverkas av chaufförer och typ av roterbil. En del chaufförer stängde av rotorn när de lämnade fabriken och en del hade den på. En annan metod var att inte sätta på rotorn förrän precis innan de kom till byggarbetsplatsen så betongen bara väcktes. Under lossningen var det också en hel del chaufförer som stängde av rotorn för att de skulle slippa vänta den extra tid det tar att få ut betongen. Dessa olika faktorer kan resultera i stenseparation, vattenseparation, bruksseparation o.s.v. som visas i figur Vid ett fåtal tillfällen hände det att sättmått provet rasade åt ett håll när konen lyftes upp. Provet förkastades då och ett nytt prov fick tas och den nya tiden noterades. Vid mätning på byggarbetsplats av sättmått togs betongen inte direkt ur bilen utan efter att ett par hundra liter levererats. Detta för att de första hundra literna kunde vara separerade efter transporten (se figur 6.2). Vid några enstaka fall var det betong som kom direkt från roterbilen som användes till sättmått. Denna betong kunde alltså vara missvisande för resten av transporten. De fall som är noterade sorterades bort. Figur 6.1 Bruksseparation. Figur 6.2 Stenseparation efter lossning i bask Lufthalt När lufthalten mättes användes olika lufthaltsmätare, vilket ger en mindre tillförlitlighet i mätresultaten. En av lufthaltsmätarna hade en söndrig sprint vilket resulterade i att ventilen förslöts godtyckligt. Vid lufthaltsmätning på en av fabrikerna användes vid ett fåtal tillfälle samma betong som innan hade använts för att mäta konsistensen. På de två andra fabrikerna provades hela tiden ny betong. Ingen av lufthaltsproverna behövde förkastas vid utvärderingen p.g.a. mänskliga fel. 34