Betong för industrigolv: Senaste rön inom materialteknik - Ingemar Löfgren

Betong för industrigolv:

Senaste rön inom materialteknik

Ingemar Löfgren, Thomas Concrete Group AB C.lab
Betongföreningen, 11 Sept 2013 Göteborg

t0

3h

8h 1d

2d

Service life

dagar 1 månad månader

1 år

Rivning &
återvinning

28-d

Tidig
hållfasthet

Tillstyvnande
& glättning

Gjutning

Blandning

Betongens tidslinje

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.

Betongens tidslinje

t0

3h

8h 1d

Sättsprickor

2d

Service life

dagar 1 månad månader

Plastiska
krympsprickor

1 år

Krympsprickor
Temperatursprickor

Rivning &
återvinning

28-d

Tidig
hållfasthet

Tillstyvnande
& glättning

Gjutning

Blandning

- Problemområden & Möjligheter

50-100 år
Beständighet


Typ av spricka

Efter tillstyvnandet
(> 24 tim.)

Före och under
tillstyvnandet (< 24 tim.)

Plastiska krympsprickor

Plastiska sättsprickor

Rörelsesprickor
(sättning i form/grund)

Fysikalisk

Termisk

Kemisk

Belastning

Krympsprickor:
Yttre mothåll
Differenskrympning

Hydratationsvärme:
Avsvalning
Temperaturdifferens
Temperaturchock

Spjälkning p.g.a.
armeringskorrosion

Drag, böjning,
skjuvning, vridning

Krackelering
Delaminering

Temperaturvariationer

Alkali-ballastreaktion

Krypdeformationer

Svällning p.g.a.
sulfatangrepp,
saltkristallation

Överbelastning

Frysning & tining
Värmehärdningssprickor
Brand:
Spjälkning, ytsprickor,
rörelsesprickor

Sättning


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!


Relativ fuktighet, %

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.

100

Betongtemperatur, °C

90
80

35

70
60
50

30

25

40
30
20
10
5

10

15

20

25

30

35

4,0

3. Betongtemperatur 30°C
4. Vindhastighet 5 m/s
→ Avdunstningshastigheten
1,0 kg/(m2·h)

Avdunstningshastighet, kg/(m2·h)

2. Luftens RF 50%

15
10
5
10
9

Exempel (se streckad linje)
1. Lufttemperatur 25°C

20

Vindhastighet, m/s

Lufttemperatur, °C

Avdunstning, qev ≈ 5([Tc+18]2,5–RF[Ta+18]2,5)(Va+4)·10-6
Porundertryck, Pw=2·σ/rm

40

3,5
3,0
2,5

8
7
6
5

Måttlig sprickrisk
Liten sprickrisk

4

1,5

3

1,0

2

0,5

Stor sprickrisk

2,0

1


Åtgärder - arbetsplats
Vidtag mycket tidiga arbetsplatsåtgärder för att minimera avdunstningen och
avkylning - skydda betongen och härda den!

Tillför fukt

Minska fuktavgången

Förhindra fuktavgång

4

1,2
1,00
Relative crack area [-]

Mätningar från Esping och Löfgren (2005):
Sprickbildning orsakad av plastisk krympning hos
självkompakterande betong. FoU-Väst RAPPORT
0506.

Evaporation [kg/m2]

w/c 0.67 REF
3
M.kure-111CF
2
SikaTop-71

0,8
0,62
0,53
0,4

1
0,02
0,0

Antisol-E
0
0

6

12

18

Time from mix [hours]

24

Referense M.kure
111CF

SIKA
Top-71

Antisol-E

Membrane type (w/c 0.67)


Åtgärder – betongsammansättning
Välj en betong med trög konsistens (helst S3), hög stenhalt och stort dmax, låg
vattenhalt och undvik retardation. Högt och lågt vct är känsligare (hög avdunstning
resp. autogen krympning) – vct 0,55 optimalt.

6

12

18

0
vct 0,67

Deformation [10-6 m/m]

-200

vct 0,55

-400

24

Fiber (mikro)

80
60
40
4
Vatten

20

vct 0,67
3

0
0,38

0,45

0,55

0,61

0,67

vct

-600
vct 0,45

-800

vct 0,38
-1000

vct < 0,55
Autogena
krympningen

vct > 0,55
Avdunstningen

Avdunstning [kg/m2]

0

Sprickarea (medel) [mm2]

100

vct 0,55
2
vct 0,45
vct 0,38

1

1,2
0

Tid [timmar]

vct 0,55 optimalt

0

6

12

18

24

Relative crack area [-]

-1200

Tid [timmar]

Från Esping och Löfgren (2005): Plastiska krympsprickor – material-sammansättning och
arbetsplatsåtgärder. Betong 3/2005.

Inre vattenmagasin (vct<0,4)
(ex. SPA & lättballast)
”Ärtor och lätt är
djävulens påfund”
(Kjell Wallin, CBI, AD-dagen
2009)

1,0
0,9

0,6
0,4
0,3

0,3

0,3

PP
(0.1%)

NF
(0.1%)

0,0
w/c 0.67
GF
REF
(0.05%)

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

Spricka

Krympning

RH

Krympning

Spänning

Krympning och kantresning

RH

Spricka

Krympning

Spänning

Varning för:
Tunna plattor (mer benägen, liten egenvikt)
Betong med stor krympning (litet dmax, 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

Spricka

gjutning i augusti

Krympning

Spänning

gjutning i februari


Betongens krympning
Sprickbredds-klass
Max sprickbredd vid ytan
Referens krympning
Kräver särskilda åtgärder
(bindemedel, SRA)

I
< 0,3 mm
0,5 ‰

II
< 1,0 mm
0,6 ‰

Uppnås normalt (med
S3/S4 & dmax 16).

III
Inga krav
0,8 ‰

IV
Inga krav
Inga krav

Enkelt att uppnå
(ev ej med dmax 8)

500-80010-6
500-80010-6


Optimering - Möjligheter
Optimerad partikelsammansättning
(mikro- och nanopartiklar)

Optimering av bindemedel
Metakaoline

Fly ash
(high SiO2)

Silica

GGBS

Fly ash
(high CaO)

Tillsatsmedel

Calcined
shale

Fiber


Betong med liten krympning


+

=>

+

Luft

rm
Pw


Partikel
Vatten

Kacliumoxid (CaO)

Krympreducerare

Troli R. and Collepardi M. (2011): Shrinkage
compensated concrete for special structures

Kalciumhydroxid:
CaO·2H2O

Minskat
porundertryck

MAXXI (Rom), Nat. Museum of the 21st Cent. arts

C 30/37 S4, dmax=16 mm, vct 0,55 (CEM II/A-LL 42,5 R)
C30/37 12 timmar efter blandning.
Start av mätning 16 S4 0.55 - Mapacrete
Start Klimat: 20±1,0, RF 100% &7 dygnRH for 7 50% RF 50% RH
12 hours from mixing. 20°C i 100% varefter days, then

0.20

Ref

0.10

1,5% SRA

Deformation [‰]

0.00

1,5% SRA + 6% EXP

-0.10
-0.20
-0.30
-0.40

Före 7 dygn 100% RF (20C)
Efter 7 dygn 50% RF (20C)

-0.50
-0.60
0

14

28

42

56
70
84
Time from mixing [days]

98

112

126

140


Sprickbildning (Betong rapport nr 13, Appendix D)
Spricka

u

N
N

N
N

Kraft
Inverkan av
dragen betong
mellan sprickor

Ncr

Stadium II
(dragen betong mellan
sprickorna försummas)

(a)

u

Tvång

Ncr

N

Tvång

Ncr
Stor
armeringsmängd

(b-1)

Liten
armeringsmängd

u

(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





2


  s
w s   0.42  

 Es As  



 0.22  f cm  Es  1  E  A  
c
ef  



0.826



s
Es

 4

w(s)
N(s)

N(s)

N(s)

N(s)

N(fft.res)

N(fft.res)

N(s)

N(s)

N(s)

N(s)

Krafter som verkar på ospruckna delar.
Enbart stångarmering.
Krafter som verkar på ospruckna delar.
Kombinationsarmering, dvs stång- och
fiberarmering, Där fft.res är
fiberbetongens residualhållfasthet.

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

gf = 0,6  60 kg/m3
1

0,8

0,4%

C 30/37  16

Sprickvidd [mm] .

Sprickbredd [mm]

0.8
0,5%

0.6

0,6%

0.4

0,8%
1,2%

0.2

r=
0.4

0.6

0.8

Krympning [mm/m]

1.0

gf =

0,6

0,0
0,2
0,4
0,6
0,8

0,4
0,2
0

0
0.2

gf = 0,4  40 kg/m3

1.2

0,0% 0,2% 0,4% 0,6% 0,8% 1,0% 1,2%

Armeringsinnehåll (r = A s / A c ) [%]

Kan sprickor vara ”Estetiska” ?

- Tate Modern (konstverk värt £300,000)


Frågor?


Betong för industrigolv: Senaste rön inom materialteknik - Ingemar Löfgren

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Betong för industrigolv: Senaste rön inom materialteknik - Ingemar Löfgren

Similar to Betong för industrigolv: Senaste rön inom materialteknik - Ingemar Löfgren (15)

More from Svenska Betongföreningen

More from Svenska Betongföreningen (20)

Betong för industrigolv: Senaste rön inom materialteknik - Ingemar Löfgren