Ingemar Löfgren, TCG

Comments

Transcription

Ingemar Löfgren, TCG
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.
Betongföreningen, 11 Sept 2013 Göteborg
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
Betongföreningen, 11 Sept 2013 Göteborg
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
Betongföreningen, 11 Sept 2013 Göteborg
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!
Betongföreningen, 11 Sept 2013 Göteborg
Plastiska krympsprickor
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)
Stor sprickrisk
Måttlig sprickrisk
Liten sprickrisk
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
2,0
4
1,5
3
1,0
2
0,5
1
Betongföreningen, 11 Sept 2013 Göteborg
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)
Betongföreningen, 11 Sept 2013 Göteborg
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)
Betongföreningen, 11 Sept 2013 Göteborg
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
Betongföreningen, 11 Sept 2013 Göteborg
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
Betongföreningen, 11 Sept 2013 Göteborg
Krympning i kombination med belastning
RH
Krympning
Spricka
Spänning
Krympspänning
Q
Böjmoment
Betongföreningen, 11 Sept 2013 Göteborg
Krympning och temperaturrörelse
RH
Spricka
Krympning och temperaturrörelse
gjutning i augusti
Krympning
Spänning
Krympning och temperaturrörelse
gjutning i februari
Betongföreningen, 11 Sept 2013 Göteborg
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
Betongföreningen, 11 Sept 2013 Göteborg
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
Betongföreningen, 11 Sept 2013 Göteborg
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
Betongföreningen, 11 Sept 2013 Göteborg
Betong med liten krympning
Betongföreningen, 11 Sept 2013 Göteborg
Betong med liten krympning
C 30/37 S4, dmax=16 mm, vct 0,55 (CEM II/A-LL 42,5 R)
C30/37 16
0.55 -efter
Mapacrete
Start av mätning
12 S4
timmar
blandning.
Start Klimat:
12 hours20±1,0,
from mixing.
20°C &
for 7 50%
days,RF
then 50% RH
RF 100%
i 7100%
dygnRH
varefter
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
Betongföreningen, 11 Sept 2013 Göteborg
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.
Betongföreningen, 11 Sept 2013 Göteborg
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  



E
A

s
s 

 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.
Betongföreningen, 11 Sept 2013 Göteborg
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 ) [%]
Betongföreningen, 11 Sept 2013 Göteborg
Kan sprickor vara ”Estetiska” ?
- Tate Modern (konstverk värt £300,000)
Betongföreningen, 11 Sept 2013 Göteborg
Frågor?
Betongföreningen, 11 Sept 2013 Göteborg

Similar documents