Betong för industrigolv: Senaste rön inom materialteknik Ingemar Löfgren, Thomas Concrete Group AB C.lab
Blandning Gjutning Tillstyvnande & glättning Tidig hållfasthet 28-d Rivning & återvinning Betongens tidslinje Service life t 0 3h 8h 1d 2d dagar 1 månad månader 1 år 50-100 år Betong, under dess livslängd, måste uppfylla krav gällande ett antal egenskaper (t.ex. tillstyvnadstid, hållfasthet, slitstyrka, värmeutveckling, krympning, etc.) och vara beständig m.h.t. den miljö som den ska placeras i (t.ex. frostbeständig, klorider, sulfater, syror, etc.). Krav på carbon footprint (LCA) kan också innebära andra delmaterial och ändrad betongsammansättning.
Blandning Gjutning Tillstyvnande & glättning Tidig hållfasthet Betongens tidslinje - Problemområden & Möjligheter 28-d Rivning & återvinning Service life t 0 3h 8h 1d 2d dagar 1 månad månader 1 år 50-100 år Sättsprickor Plastiska krympsprickor Krympsprickor Temperatursprickor Beständighet
Typ av spricka Före och under tillstyvnandet (< 24 tim.) Efter tillstyvnandet (> 24 tim.) Plastiska krympsprickor Fysikalisk Termisk Kemisk Belastning Plastiska sättsprickor Krympsprickor: Yttre mothåll Differenskrympning Hydratationsvärme: Avsvalning Temperaturdifferens Temperaturchock Spjälkning p.g.a. armeringskorrosion Drag, böjning, skjuvning, vridning Rörelsesprickor (sättning i form/grund) Krackelering Delaminering Temperaturvariationer Alkali-ballastreaktion Krypdeformationer Värmehärdningssprickor Frysning & tining Svällning p.g.a. sulfatangrepp, saltkristallation Överbelastning Brand: Spjälkning, ytsprickor, rörelsesprickor Sättning
Plastiska krympsprickor Kommer som en överraskning varje vår Uppträder inom några timmar. Uppmärksammas ofta dagen efter. Ofta breda sprickor (> 1 mm) som kan vara genomgående. Sprickor som skuras igen öppnar sig lätt igen!
Avdunstningshastighet, kg/(m 2 h) Plastiska krympsprickor Orsakas av vattenavgång från den färska plastiska betongen. Detta ger upphov till sammandragande krafter och en volymminskning. Störst risk när avdunstiningshastigheten är hög främst vid torrt och varmt klimat men även vid kall väderlek om betongen är varm. Relativ fuktighet, % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 40 Betongtemperatur, C 35 30 25 20 15 10 5 5 10 15 20 25 30 35 Lufttemperatur, C Exempel (se streckad linje) 4,0 1. Lufttemperatur 25 C 2. Luftens RF 50% 3,5 3. Betongtemperatur 30 C 3,0 4. Vindhastighet 5 m/s Avdunstningshastigheten 2,5 1,0 kg/(m 2 h) 2,0 Vindhastighet, m/s 10 9 8 7 6 5 4 Avdunstning, q ev 5([T c +18] 2,5 RF[T a +18] 2,5 )(V a +4) 10-6 Porundertryck, P w =2 σ/r m Stor sprickrisk Måttlig sprickrisk Liten sprickrisk 1,5 3 1,0 2 0,5 1
Evaporation [kg/m2] Relative crack area [-] Åtgärder - arbetsplats Vidtag mycket tidiga arbetsplatsåtgärder för att minimera avdunstningen och avkylning - skydda betongen och härda den! Tillför fukt Minska fuktavgången Förhindra fuktavgång 4 w/c 0.67 REF 1,2 1,00 3 2 M.kure-111CF 0,8 0,62 0,53 Mätningar från Esping och Löfgren (2005): Sprickbildning orsakad av plastisk krympning hos självkompakterande betong. FoU-Väst RAPPORT 0506. 1 0 SikaTop-71 Antisol-E 0 6 12 18 24 Time from mix [hours] 0,4 0,0 Referense M.kure 111CF SIKA Top-71 Membrane type (w/c 0.67) 0,02 Antisol-E
Relative crack area [-] Deformation [10-6 m/m] Avdunstning [kg/m 2 ] Sprickarea (medel) [mm 2 ] Åtgärder betongsammansättning Välj en betong med trög konsistens (helst S3), hög stenhalt och stort d max, låg vattenhalt och undvik retardation. Högt och lågt vct är känsligare (hög avdunstning resp. autogen krympning) vct 0,55 optimalt. 100 80 Fiber (mikro) 60 0-200 -400-600 -800-1000 -1200 0 6 12 18 24 Tid [timmar] vct 0,67 vct 0,55 vct 0,45 vct 0,38 40 20 0 0,38 0,45 0,55 0,61 0,67 vct < 0,55 Autogena krympningen vct vct 0,55 optimalt vct > 0,55 Avdunstningen 4 3 2 1 0 0 6 12 18 24 Tid [timmar] Från Esping och Löfgren (2005): Plastiska krympsprickor material-sammansättning och arbetsplatsåtgärder. Betong 3/2005. Inre vattenmagasin (vct<0,4) (ex. SPA & lättballast) Vatten vct 0,67 vct 0,55 vct 0,45 vct 0,38 Ärtor och lätt är djävulens påfund (Kjell Wallin, CBI, AD-dagen 2009) 1,2 0,9 0,6 0,3 0,0 1,0 w/c 0.67 REF 0,4 GF (0.05%) 0,3 0,3 PP (0.1%) NF (0.1%) Type of fiber (dosage by volume)
Krympning och sprickor Det är ett antal parametrar som påverkar sprickbildningsprocessen och sprickbredden. Den pådrivande mekanismen är betongens krympning medan antalet sprickor och sprickbredden beror på följande parametrar: Graden av tvång och avstånd mellan rörelsefogar Armeringsinnehåll, dess placering (täckskikt) och diameter samt typ och mängd fiber Betongens draghållfasthet, effektiva elasticitetsmodul och krypning/relaxation Rörelsebehovet orsakat av temperaturändring och/eller krympning (om riktigt låg kan sprickor undvikas). RH Krympning RH Krympning Spricka Spänning
Krympning och kantresning RH Krympning Spricka Spänning Varning för: Tunna plattor (mer benägen, liten egenvikt) Betong med stor krympning (litet d max, hög cement- och vattenhalt) Snabb uttorkning Liten armeringsmängd & små fogavstånd Armering placerad i underkant
Krympning i kombination med belastning RH Krympning Spricka Spänning Krympspänning Q Böjmoment
Krympning och temperaturrörelse RH Krympning Spricka Spänning Krympning och temperaturrörelse gjutning i augusti Krympning och temperaturrörelse gjutning i februari
Betongens krympning Sprickbredds klass I II III IV Max sprickbredd vid ytan < 0,3 mm < 1,0 mm Inga krav Inga krav Referens krympning 0,5 0,6 0,8 Inga krav Kräver särskilda åtgärder (bindemedel, SRA) Uppnås normalt (med S3/S4 & d max 16). Enkelt att uppnå (ev ej med d max 8) 500-80010 -6 500-80010 -6
Optimering - Möjligheter Optimerad partikelsammansättning (mikro- och nanopartiklar) Optimering av bindemedel Metakaoline Silica Fly ash (high SiO 2 ) GGBS Fly ash (high CaO) Calcined shale Tillsatsmedel Fiber
Betong med liten krympning + => + Luft r m P w Partikel Vatten Kacliumoxid (CaO) Krympreducerare Kalciumhydroxid: CaO 2H 2 O Minskat porundertryck Troli R. and Collepardi M. (2011): Shrinkage compensated concrete for special structures MAXXI (Rom), Nat. Museum of the 21 st Cent. arts
Betong med liten krympning
Deformation [ ] 0.20 0.10 0.00 Betong med liten krympning C 30/37 S4, d max =16 mm, vct 0,55 (CEM II/A-LL 42,5 R) Start av mätning C30/37 16 12 S4 timmar 0.55 -efter Mapacrete blandning. Start Klimat: 12 hours 20±1,0, from mixing. RF 100% 20 C & i 7100% dygn RH varefter for 7 50% days, RF then 50% RH Ref 1,5% SRA 1,5% SRA + 6% EXP -0.10-0.20-0.30-0.40-0.50-0.60 Före 7 dygn 100% RF (20C) Efter 7 dygn 50% RF (20C) 0 14 28 42 56 70 84 98 112 126 140 Time from mixing [days]
Sprickbildning (Betong rapport nr 13, Appendix D) Spricka u N N N N Kraft Tvång Tvång N N cr Inverkan av dragen betong mellan sprickor N cr N cr Stadium II (dragen betong mellan sprickorna försummas) (a) u Stor armeringsmängd (b-1) u Liten armeringsmängd (b-2) u Vid sprickbildning orsakad av en yttre pålagd belastning är sprickbredden beroende av lastens storlek (för en given armeringsmängd). Om sprickbildning orsakas av en påtvingad deformation kommer kraften vara beroende på konstruktionens styvhet och sprickbredden kommer att bero på hur många sprickor som bildas.
Beräkning krympsprickor (Betong rapport nr 13, Appendix D) Sprickbredden en funktion av stålspänningen (vidhäftning-glidning): l Sprickan beskrivas av icke-linjära fjädrar w 0.826 s s 0.42 4 s 0.22 f cm 2 E Es 1 E s c A A s ef E s w( s ) N( s ) N( s ) N( s ) N( s ) Krafter som verkar på ospruckna delar. Enbart stångarmering. N(f ft.res ) N(f ft.res ) Krafter som verkar på ospruckna delar. N( s ) N( s ) Kombinationsarmering, dvs stång- och fiberarmering, Där f ft.res är N( s ) N( s ) fiberbetongens residualhållfasthet.
Sprickbredd [mm] Sprickvidd [mm]. Exempel (Betong rapport nr 13, Appendix D) En dubbelarmerad platta 10 meter lång. Betong C30/37 (vct 0,55) och armering 12 250 1000 c = 25 l = 10 m g f = 0,6 60 kg/m 3 g f = 0,4 40 kg/m 3 1 C 30/37 16 0,4% 0,8 0.8 0,5% 0.6 0,6% 0.4 0,8% 0.2 1,2% r = 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0,6 0,4 0,2 0 0,0% 0,2% 0,4% 0,6% 0,8% 1,0% 1,2% g f = 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 Krympning [mm/m] Armeringsinnehåll (r = A s / A c ) [%]
Kan sprickor vara Estetiska? - Tate Modern (konstverk värt 300,000)
Frågor?