Kestääkö betoni 2017 11 14
•Download as PPTX, PDF•
0 likes•1,462 views
Juha Tammi9vuori: Kestääkö betoni? Esitelmä Vantaan Rotaryklubissa 14.11.2017
Recommended
Recommended
More Related Content
More from Vantaan Rotaryklubi ry - Vanda Rotaryklubb rf
More from Vantaan Rotaryklubi ry - Vanda Rotaryklubb rf (20)
Kestääkö betoni 2017 11 14
- 1. KESTÄÄKÖ BETONI ? Vantaan Rotaryklubi ry 28.9.2017 Täydennetty 14.11.2017 Juha Tammivuori
- 2. BETONI ON MAAILMAN YLEISIN RAKENNUSMATERIAALI Rakennusteollisuus RT&Suomen Betoniyhdistys ry
- 3. n. 2 m3 / henkilö BETONIA TEHDÄÄN VUODESSA 13 miljardia m3 1 m3 1 m3 1,5 tunnin välein voisi valaa pyramidin 3 Rakennusteollisuus RT&Suomen Betoniyhdistys ry
- 4. KESTÄVÄÄ 4 Rakennusteollisuus RT&Suomen Betoniyhdistys ry Pantheon, Rooma valmistumisvuosi 127 Rakennuksen kupoli on valmistettu ns. roomalaissementistä (sis. vulkaanista tuhkaa ja sammutettua kalkkia)
- 5. Vuoksen ylittävän Kiviniemen sillan maatuen rakenteet v. 1889 Rakennusteollisuus RT&Suomen Betoniyhdistys ry
- 6. SUOMEN ENSIMMÄINEN TERÄSBETONINEN RAKENNUS Suvilahden voimalaitos (rv 1908) Helsingissä Rakennusteollisuus RT&Suomen Betoniyhdistys ry
- 7. Jännitetyt betonirakenteet • Jännittämisellä saadaan rakenteelle lisää kantavuutta ja näin ollen voidaan rakenteen teräsmääriä pienentää ja jänneväliä kasvattaa. • Myös rakenne itsessään hoikkenee ja rakenteen halkeilu estyy tai vähenee. • Halkeilun estäminen tai vähentäminen antaa rakenteelle paremman kestävyyden ja pidemmän iän. • Jännittäminen parantaa siis rakenteen toimintaa.
- 9. Betonin koostumus • Sementti +muut seosaineet • lentotuhka, masuunikuona, silika • Vesi • Kiviaines • Lisäaineet • notkistimet • nuokoistimet • hidastimet
- 10. Seosaineiden rooli • Suomessa käytetään lentotuhkaa ja masuunikuonaa yhteensä n. 350 000 t/v • Seosaineet hidastavat lujuuden kehitystä, mutta niillä lujuuden kasvu jatkuu pitkään ja syntyy ns. jälkilujuutta • Lentotuhka ja masuunikuona parantavat betonin kloridintunkeumavastusta merkittävästi • Massiivivaluissa pitäisi käyttää seossementtibetonia
- 11. Notkistimet • Notkistavia lisäaineita käytetään betonin notkeuden lisäämiseen tai veden vähentämiseen. • Tällöin betonin työstettävyys paranee tai betonin lujuus nousee, kun vesi- sementtisuhde pienenee. • Samalla myös betonin tiiviys ja säilyvyys paranevat. • Notkistavilla lisäaineilla veden määrää saadaan vähennettyä 5…30 % ilman että betonin työstettävyys heikkenee. • Notkistavat lisäaineet ovat pinta-aktiivisia aineita, jotka kiinnittyvät sementtirakeiden pinnalle ja aiheuttavat hylkimisvoimia näiden välille. • Vesi pääsee paremmin tunkeutumaan erillään olevien rakeiden väliin ja näin ollen betoni työstettävyys paranee.
- 12. Huokostimet • Huokostimet ovat pinta-aktiivisia lisäaineita, joiden ansiosta betonimassaan muodostuu sekoituksen aikana pieniä pysyviä ilmahuokosia. • Huokostimia käytetään betoneissa, joilta vaaditaan pakkasenkestävyyttä. • Betonin huokostaminen ja riittävä suojahuokosmäärä ovat oleellisen tärkeitä tekijöitä, kun betonin pakkasenkestävyys halutaan varmistaa. • Jäätyessään vesi laajenee 9%. Jos betonin huokoset ovat täynnä vettä, se johtaa lopulta betonin rapautumiseen. • Huokostimen avulla betoniin syntyy ilmakuplia, jotka antavat jäätyvälle vedelle tilaa laajeta.
- 13. Suunnittelun lähtötiedot betonoinnille Rakennesuunnittelijan tulee määritellä betonin valinnan perustaksi betonirakenteelle betonin lujuus - ja rakenneluokka rasitusluokka ja suunniteltu käyttöikä kiviaineen maksimiraekoko Betonin peitepaksuudet ja sallitut mittapoikkeamat tarvittaessa muut erityisohjeet (lämmönkehitys jne.) telineiden ja muottien purkulujuus jännittämislujuus toleranssit ja pintaluokat.
- 14. Betonointisuunnitelma Betonointisuunnitelma ja -pöytäkirja sisältävät muotit ja niiden tukirakenteet raudoitus jako valuosiin perustiedot betonin ominaisuuksista betonointimenetelmä, betonin siirrot, tiivistäminen, betonointinopeus, työsaumat aikataulu betonimenekki työnjohto, henkilövahvuus ja työvuorot varautuminen häiriöihin, kokeiden vaatimat toimenpiteet jälkihoito lujuuden ja muiden ominaisuuksien kehityksen seuranta muottien ja tukirakenteiden purkaminen talvityöhön, lämpökäsittelyyn ja erityismenetelmiin liittyvät toimenpiteet.
- 15. Betonin siirto työmaalla • Työmaalla tapahtuvan betonin siirtomenetelmän valinnassa otetaan huomioon menetelmän soveltuminen kohteeseen • käytettävissä oleva kalusto • vaikutus työmaan muuhun toimintaan • työkohteen laajuus, muoto, etäisyydet ja korkeussuhteet aikataulut • Betonointinopeus • betonimäärä.
- 16. Betonointi • Pystyrakenteiden valu ja tiivistys • Betonin pudotuskorkeus ei saa ylittää metriä, joten nostovalussa on käytettävä valusukkaa ja pumppuvalussa vietävä putken suu muotin sisälle. • Betoni ei saa iskeytyä vinosti raudoitukseen eikä muottipintaan erottumisriskin takia, vaan se valetaan kohtisuorasti muotin pohjaa ja valettua betonia vasten. Betoni valetaan muottiin tasaisina 30–50 cm:n kerroksina. Kukin kerros valetaan ja tiivistetään keskeytyksettä muotin koko pituudelta. • Tärytys ulotetaan noin 150 mm edellisen kerrokseen. • Edellinen valukerros ei saa sitoutua ennen seuraavaa kerrosta. • Betoni tiivistetään sauvatäryttimillä järjestelmällisesti sauvapistojen välin ollessa korkeintaan 400 mm ja tärytysajan keston 15–20 s. • Muotin ja raudoituksen tärytystä tulee välttää, jotta ilmahuokoset eivät keräänny niiden pintoihin. • Pystyrakenteiden yläosien tiivistämiseen on kiinnitettävä erityistä huomiota niihin kertyvän ilman hitaamman ja vaikeamman poistumisen takia. Ne on uudelleentiivistettävä hyvissä ajoin kuin betoni on vielä plastisessa tilassa. Jälkitärytyksellä edistetään lisäksi erottuneen veden poistumista ja varhaishalkeamien sulkeutumista. • Suunniteltua valunopeutta ei saa ylittää.
- 19. Kestääkö betoni?
- 20. Imatran voimalaitoksen pato Veli Unto Kovasen kertomaa: • Kyseessä on betonin ikääntymisestä aiheutuva korjaus • Vanhassa padossa on suhteellisen vähän raudoitusta • Nyt mantelointiin lisätään runsaasti raudoitusta • Betonitoimituksissa ollut vaikeuksia (ilmaa) • Injektointia tarvitaan, silti korjattukin pato vuotaa vähän
- 21. P-lukubetoni • Sillat ja muut pakkas-suolarasitukselle altistuvat rakenteet tehdään niin sanotusta P-lukubetonista. P-lukubetoni on tekniikan tohtori Seppo Matalan 1980-luvun lopussa kehittämä järjestelmä, ja se on käytössä vain Suomessa. • P-lukumenetelmällä betonin pakkas-suolakestävyys voidaan määritellä suoraan betonin ominaisuuksien perusteella. • Se perustuu 1980-luvulla tehtyihin betonin säilyvyyskokeisiin ja suhteutustietoihin, jotka analysoitiin tilastollisesti
- 22. Aalto Yliopisto: Robust Air Taustaa • Kohonneet ilmamäärät: • Kohonneita ilmamääriä havaittu satunnaisesti jo muutaman vuoden ajan • 1%-yks. ilmaa → 5% (3..6%) puristuslujuudessa • Kesällä 2016 Kemijärven silta ja TYKS • Haluttiin varmistaa huokoistuksen stabiilisuus • Ilmamäärä vaikuttaa lujuuteen, mutta lujuuspuutteiden taustalla muitakin tekijöitä • Tutkimuksen rahoittajat: • Liikennevirasto • Betoniteollisuus r.y., VB-jaosto • SBK-Säätiö • BASF Oy • Oy Sika Finland Ab • Finnsementti • Semtu Oy • GCP Applied Technologies • Mapei Oy • Ha-Be • Rudus Oy • Ruskon Betoni Oy • Lujabetoni
- 25. Työmaan rooli
- 26. Työmaan rooli
- 27. Tilaajan vastuu
- 28. Selvitysmies Tapani Mäkikyrön yhteenveto riskitekijöistä 14.11.2017 • Voimakas kustannuskeskeisyys koko ketjussa • Vähäinen vuorovaikutus suunnittelun, tehtaan ja työmaan välillä • Suunnitelmissa tiheä raudoitus ja vähän valu- ja tiivistysaukkoja • Huokostettu ja notkistettu pakkas-suolakestävä P-lukubetoni • Notkea ja hienorakenteinen, erottumisherkkä betoni • Pitkä kuljetusmatka ja/tai odotusaika työmaalla • Virheellinen valutekniikka, massan pudotukset ja siirrot täryttämällä • Puutteellinen tiivistys • Puutteellinen jälkihoito • Puutteellinen laadunvarmistus ja dokumentointi
- 29. Selvitysmies Tapani Mäkikyrön suosituksia korjaaviksi toimiksi 14.11.2017 • Tilaaja • Selvät laatutavoitteet ja riittävät resurssit suunnitteluun ja valvontaan • Laatukeskeisyys rakentamispalveluiden hankintaan • Suunnittelussa huomio rakenteen mittoihin ja valuaukkoihin • Betonitehdas • Huomio laadunhallintaan ja tilatun betonin stabiilisuuteen • Laadunohjaus jatkuvatoimiseksi ja automaattiseksi prosessiksi • P-lukubetonille riittävä sekoitus ja ennakkokokeet ilmamäärän hallitsemiseksi • Betonirakenteen toteuttaja • Huomio jokaisen valun valmisteluun ja laaturiskeihin • Vaativissa kohteissa kohdekohtainen toteutuksen laatusuunnitelma • Aloituskokoukset käyttöön osapuolien osaamisalueiden yhdistämiseksi
Editor's Notes
- Olen koonnut tätä materiaalia Rakennusteollisuus ry:stä, sen jäsenyrityksestä Betoniteollisuus ry:stä ja Aalto Yliopiston betonilaboratoriosta. Esityksen loppuun on lisätty 14.11.2017 julkistettu selvitysmies Tapani Mäkikyrön tiivistelmä virheistä ja toiminnan korjaustoimenpiteistä. Tarkasteluni jakautuu kolmeen osaan: -ensin yleistä betonin käytöstä ja historiasta -sitten lyhyt oppimäärä betoniteknologiasta -lopuksi esiintyneiden virheiden tarkastelua ja syiden selvittelyä
- Suomessa menee noin 1 m3 betonia / henkilö/vuosi
- Kestävyydestä on hyvä esimerkki Roomassa sijaitseva Pantheonin, mikä on parhaiten säilynyt antiikinaikainen monumentti Roomassa. Se rakennettiin alun perin pyhäköksi seitsemälle planeetalle ja niiden jumalille. Nykyään se toimii katolisena kristillisenä kirkkona Pantheonin pyöreä cella kupoleineen on maailmankuulu, ja sitä ovat myöhempien sukupolvien arkkitehdit ihailleet ja jäljitelleet. Kupoli on halkaisijaltaan 43,44 m ja se on maailman suurin raudoittamattomasta betonista rakennettu kupoli. Pantheon, Rooma valmistumisvuosi 127, 1890 vuotta sitten Rakennuksen kupoli on valmistettu ns. roomalaissementistä (sis. vulkaanista tuhkaa ja sammutettua kalkkia) . Rooman valtakunnan kukistuttua betonin valmistus unohtui.
- 1800-luvun alkupuolella betonin käyttö heräsi henkiin, kun keksittiin valmistaa portland-sementtiä. Nimi tuleen Englannissa olevasta Portland-saaresta, jossa louhittiin sopivaa kiveä sementinvalmistukseen. Palataan sementtiasioihin tuonnimpana. 1800-luvun betonirakenteet eivät kestäneet juuri muuta kuin puristusvoimaa, joten sitä käytettiin vain kivirakenteiden tapaan perustuksissa ja pilareissa ja ehkä kaarevissa rakenteissa. Kiviniemen silta Vuoksen yli on rakennettu monta kertaa. Ennen kuvan mukaista betoniperustus-terässiltaa siellä oli puu- ja kiviholvisillat. Talvisodassa vetäytyvät suomalaiset räjäyttivät sillan ensimmäisen kerran, venäläiset toisen kerran v. 1941, ja v.1944 se tuhoutui uudelleen vetäytymistaisteluissa. Kun kävin takavuosina Äyräpään suunnalla vanhempieni jalanjälkiä seurailemassa, näin paikalla venäläisten rakentaman teräksisen ristikkosillan.
- Betonin käyttö lisääntyi1900-luvun rakennuksissa, kun keksittiin vahvistaa sen vetolujuutta teräksillä. Teräksen ja betonin lämpölaajaneminen on samantasoista, ja kun betoni suojaa hyvin rautaa ruostumiselta, saatiin käyttöön kestävä rakennusmateriaali. Helsingin Suvilahden voimalaitoksen rakennuksissa on käytetty ensimmäistä kertaa Suomessa kantavana rakenteena teräsbetonia. 1900-luvun alkupuolella puhuttiin vielä rautabetonista. 1908 Richard Helanderin sementtivalimo rakensi tehtaan rautabetonirungon. Paikanpäällä valmistettiin sementtitiiliä, joilla muuratut ulkoseinät saivat rapatun ulkoasun. Tehdasrakennukset suunnittelivat arkkitehti Selim A. Linqvist ja betonirakennesuunnittelun uranuurtaja oli insinööri Jalmar Castrén. Jalmar Castren oli todella merkittävä rakennusinsinööri. Teräsbetonin kehittäjänä hän raivasi tiensä maan eturiviin toimien Teknillisen korkeakoulun professorina ja myöhemmin Rautatiehallituksen pääjohtajana. Poliitikkona Castren toimi Svinhufvudin senaatissa 1917-18 ja sitä seuranneessa Paasikiven hallituksessa kulkulaitosten ja yleisten töiden ministerinä.
- !950-60 luvuilla otettiin seuraava kehityshyppäys, kun teräsbetonirakenteita alettiin esi- tai jälkijännittää. Esijännitys liittyy elementtiteollisuuteen. Jälkijännityksessä suojaputkissa sijaitsevat kaapelit jännitetään betonin kovettumisen jälkeen ankkurilevyä vastaan. Tähän palataan tämän esityksen loppuosassa.
- Tämä esitys rajautuu tästä eteenpäin valmisbetoniin ja paikallavalukohteisiin. Elementtiteollisuudesta ei puhuta. Nyt ollaan ulkona työmaalla sään armoilla. Seuraavaksi lyhyt oppimäärä betoniteknologiasta..
- Sementti valmistetaan kalkkikivestä, savesta ja kipsistä. Ainekset Sintrataan 1400:ssa asteessa klinkkeriuunissa, jossa syntyy Ca-, Si-; Al-, Fe-oksideja ja suuret C2O-päästöt. Suomessa sementtiä saa Lappeenrannasta ja Paraisilta. Lentotuhkaa ja masuunikuonaa käytetään fillerin korvikkeena. Silika on hienojauheista (amorfista) piioksidia ja sitä käytetään myös tiiveyden vahvistamiseen Vesi-sementti-suhteella määritellään betonin lujuus, vettä 0,4…0,7 x sementti Kiviaines mieluummin suurta raekokoa, hienompi kiviaines vaatii lisää sementtiä Lisäaineet: notkistimet parantavat työstettävyyttä (huom. IT-betoni) huokostimet parantavat pakkasen kestävyyttä hidastimet siirtävät betonin sitoutumista myöhemmäksi
- Grafiikasta näkyy, mikä ero on lujuudenkehityksellä portlandsementtibetonilla (sin.) normaaliolosuhteissa verrattuna seossementtibetoniin (plus-betoni) (pun.) viileässä olosuhteessa.
- Pakkasenkestävyydellä tarkoitetaan kovettuneen betonin kykyä kestää märkänä toistuvaa jäätymistä ja sulamista. Suomessa lähes kaikki ulkotilojen betonirakenteet joutuvat pakkasrasituksen alaisiksi ja niiden tulee olla pakkasenkestäviä. Jäätyessään vesi laajenee 9%. Jos betonin huokoset ovat täynnä vettä, jäätyvän veden paine aiheuttaa betonissa mikrohalkeilua. Halkeilu lisääntyy jäätymis- ja sulamiskertojen toistuessa ja johtaa lopulta betoni rapautumiseen. Huokostimien käyttö vähentää yleensä myös betonin vedentarvetta ja massaan syntyneet ilmakuplat parantavat massan työstettävyyttä sekä koossapysyvyyttä.
- Betonin lujuusluokaksi valitaan suunnitelmissa esitetty rakenteen kantavuuden edellyttämä lujuusluokka, ellei betonin säilyvyys edellytä korkeampaa lujuusluokkaa. Säilyvyyden vaatima betonin koostumus ja vähimmäislujuusluokka määräytyvät suunnitelmissa esitettyjen rakenteen käyttöiän ja rasitusluokkien perusteella. Ulkorakenteissa säilyvyysvaatimus edellyttää usein korkeampaa lujuusluokkaa kuin kantavuus, jolloin lujuusluokka valitaan säilyvyyden perusteella. Betonin lujuus valitaan käyttötarkoituksen mukaan ja sitä säädetään betonin koostumuksella ja erityisesti vesisementtisuhteella.
- Paikallavalaminen vaatii onnistuakseen hyvän ennakkosuunnitelman, osaavien resurssien varmistamisen ja olosuhteiden mukaisen jälkihoidon. Jälkihoidon tarkoituksena on varmistaa betonin lujuudenkehitys ja estää betonin pinnan liian nopea kuivuminen. Jälkihoitoon kuuluvat valetun rakenteen suojaaminen sadetta, tuulta, auringonpaistetta, virtaavaa vettä ja kylmää vastaan veden haihtumisen estäminen rakenteen kastelu oikeasta kovettumislämpötilasta huolehtiminen.
- Betonimassa siirretään työmaalla joko pumppaamalla, nostoastialla tai valukourulla. Suurissa valuissa taloudellinen vaihtoehto on betonipumppu. Pumppaus on nopea valutapa ja pumppu pystyy toimimaan myös vaikeasti lähestyttävissä työkohteissa. Kuljetuspumppuauto voi tuoda mukanaan betonin työmaalle. Se soveltuu pieniin pumppuvaluihin ja ahtaisiin kohteisiin.
- Betonin lujuuden kehitykseen voimakkaimmin vaikuttava tekijä sementtimäärän lisäksi on betonin lämpötila Betonin lujuus todetaan ensisijaisesti betonista mitattujen lämpötilojen avulla. Mittaukseen voidaan käyttää perinteisiä lämpömittareita, joilla mittaaminen tapahtuu betoniin asetetuista putkista tai elektronisilla mittareilla betoniin asennettujen antureiden avulla. Jäätymislujuus Kovettuvan betonin lujuuden tulee olla ennen jäätymistä niin suuri, että se kestää veden jäätymisestä aiheutuvat sisäiset rasitukset. Muottien purkamislujuus Muotit ja tukirakenteet voidaan purkaa, kun betoni on kovettunut niin paljon, että rakenteet kestävät niille tulevat rasitukset ja muodonmuutokset pysyvät sallituissa rajoissa. cv.
- Tässä on lopputentti betoniteknologiasta: jokaisella toimitusketjun osapuolella on lusikkansa sopassa. Voidaan siirtyä arvioimaan tapahtuneita virheitä.
- Nyt päästään itse esitykseni aiheeseen.
- Analyysin perusteella Matala laati monimutkaisen kaavan, jonka perusteella voidaan laskea betonin pakkas-suolakestävyys tuoreesta betonista. ”Menetelmää on pari kertaa päivitetty, kun sementit ovat muuttuneet ja on saatu lisää testaustuloksia.” Muualla maailmassa pakkas-suolarasitukselle joutuvien siltojen betoni testataan kohdekohtaisesti. P-luku riippuu jälkihoitotekijästä, jälkihoitoajasta, sideainetekijästä, redusoidusta ilma-sideainesuhteesta, ilmamäärästä. Suomessa siirryttiin P-lukujärjestelmään, sillä 1980-luvulla ongelmana oli koekappaleiden testitulosten odottelu. ”Testitulokset saatiin vasta parin-kolmen kuukauden päästä, kun siltakin oli jo valmiina. Se taas johti jatkuviin reklamaatioihin.” Menetelmällä voidaan määritellä betonin pakkas-suolakestävyys suoraan betonin ominaisuuksien perusteella. P-lukumenettely perustuu tutkimuksiin, joissa betonin suhteitusparametrien ja pakkasenkestävyyskokeen tuloksien välille etsittiin selittävin riippuvuus- suhde kaksivaiheisesti regressio- ja korrelaatioanalyysejä käyttäen. Koko- naisuudessaan tilastollinen aineisto sisälsi 282 koetta, kun otetaan huomi- oon eri jälkihoitoajat ja vanhennuskäsittelyt. Betoneiden lujuustaso vaihteli välillä 20-100 MPa, ilmamäärä 1-8 % ja sideainemäärä 200-600 kg/m3 Betoneissa oli käytetty eri sementtilaatuja. Silika-, masuunikuona- ja lentotuh- kabetoneita sisältyi runsaasti tutkimusaineistoon.
- Betonitekniikan professori Jouni Punkki vastasi tutkimuksesta, jossa tehtiin mm. yksi diplomityö.
- Tiivistäminen on kriittinen tekijä, joka vaatii ammattitaitoa ja kokemusta.
- Veli presidentti, Näissä selvityksissä käy ilmi, että ongelmat ovat kokonaisuuden hallinnassa, jossa jokainen osapuoli vastaa roolistaan. Ilmeistä on, että betonin valmistajien pitää kohentaa kykyään sekoittaa lisäaineita sisältävät massat oikein ja tehokkaasti. Lisäaineiden valmistajilta odotetaan vähemmän ongelmaisia yhdisteitä ja uusia innovaatioita. Betonin kuljetus ja valaminen sekä jälkihoito vaativat onnistuakseen kurinalaisen toiminnan. Tilaajien tulee Matalan valvontavaatimuksien lisäksi ohjata betonimarkkinoiden järkevää toimintaa hintakilpailun armottomassa maailmassa.