Betong för industrigolv: Senaste rön inom materialteknik - Ingemar Löfgren

Betongföreningen, 11 Sept 2013 Göteborg

Betong för industrigolv: Senaste rön inom materialteknik

Ingemar Löfgren, Thomas Concrete Group AB C.lab


Betongens tidslinje

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.

t0 3h 8h 1d 2d dagar 1 månad månader 1 år 50-100 år

Bla

nd

nin

g

Gju

tnin

g

Til

lsty

vn

an

de

& g

lätt

nin

g

Service life Riv

nin

g &

åte

rvin

nin

g

28-d

Tid

ig

håll

fast

het


Temperatursprickor

Beständighet Krympsprickor

Sättsprickor Plastiska

krympsprickor

t0 3h 8h 1d 2d dagar 1 månad månader 1 år 50-100 år

Bla

nd

nin

g

Gju

tnin

g

Til

lsty

vn

an

de

& g

lätt

nin

g

Service life Riv

nin

g &

åte

rvin

nin

g

28-d

Tid

ig

håll

fast

het

Betongens tidslinje - Problemområden & Möjligheter


Typ av spricka

Före och under tillstyvnandet (< 24 tim.)

Plastiska krymp-sprickor

Plastiska sätt-

sprickor

Rörelsesprickor (sättning i form/grund)

Värmehärdnings-sprickor

Efter tillstyvnandet

(> 24 tim.)

Fysikalisk

Krympsprickor:

Yttre mothåll

Differenskrympning

Krackelering

Delaminering

Termisk

Hydratationsvärme:

Avsvalning

Temperaturdifferens

Temperaturchock

Temperatur-variationer

Frysning & tining

Brand:

Spjälkning, ytsprickor, rörelsesprickor

Kemisk

Spjälkning p.g.a. armeringskorrosion

Alkali-ballastreaktion

Svällning p.g.a. sulfatangrepp, saltkristallation

Belastning

Drag, böjning, skjuvning, vridning

Krypdeformationer

Överbelastning

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!


Plastiska krympsprickor

Lufttemperatur, °C

Avd

un

stn

ing

sh

as

tig

he

t, k

g/(

m2·h

)

5

10

15

20

25

30

35

40 Betongtemperatur, °C Relativ fuktighet, %

5 10 15 20 25 30 35

4

1

2

7

8

9

10

0,5

1,0

4,0

2,0

3,0

1,5

2,5

3,5

3

5

6

10

30

60

100

20

40

50

70

80

90

Vindhastighet, m/s

Exempel (se streckad linje)

1. Lufttemperatur 25°C

2. Luftens RF 50%

3. Betongtemperatur 30°C

4. Vindhastighet 5 m/s

→ Avdunstningshastigheten

1,0 kg/(m2·h)

Liten sprickrisk

Måttlig sprickrisk

Stor sprickrisk Avdunstning, qev ≈ 5([Tc+18]2,5–RF[Ta+18]2,5)(Va+4)·10-6

Porundertryck, Pw=2·σ/rm

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.


0

1

2

3

4

0 6 12 18 24

Time from mix [hours]

Evapora

tion [

kg/m

2]

Antisol-E

w/c 0.67 REF

SikaTop-71

M.kure-111CF

Åtgärder - arbetsplats Vidtag mycket tidiga arbetsplatsåtgärder för att minimera avdunstningen och

avkylning - skydda betongen och härda den!

Tillför fukt Minska fuktavgången

Förhindra fuktavgång

1,00

0,620,53

0,02

0,0

0,4

0,8

1,2

Referense M.kure

111CF

SIKA

Top-71

Antisol-E

Membrane type (w/c 0.67)R

ela

tive c

rack a

rea [

-]

Mätningar från Esping och Löfgren (2005):

Sprickbildning orsakad av plastisk krympning hos

självkompakterande betong. FoU-Väst RAPPORT

0506.


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.

”Ärtor och lätt är

djävulens påfund” (Kjell Wallin, CBI, AD-dagen

2009)

1,0

0,4

0,3 0,3

0,0

0,3

0,6

0,9

1,2

w/c 0.67

REF

GF

(0.05%)

PP

(0.1%)

NF

(0.1%)

Type of fiber (dosage by volume)

Rela

tive c

rack a

rea [

-]

0

20

40

60

80

100

0,38 0,45 0,55 0,61 0,67

vct

Spri

ck

are

a (

me

de

l) [

mm

2]

-1200

-1000

-800

-600

-400

-200

0

0 6 12 18 24

Tid [timmar]

vct 0,38

vct 0,45

vct 0,67

vct 0,55

Defo

rmation [

10-6

m/m

]

0

1

2

3

4

0 6 12 18 24

Tid [timmar]

vct 0,38

vct 0,45

vct 0,55

vct 0,67

Vatten

Avd

unstn

ing [

kg/m

2]

vct < 0,55 Autogena

krympningen

vct > 0,55

Avdunstningen

vct 0,55 optimalt

Fiber (mikro)

Inre vattenmagasin (vct<0,4)

(ex. SPA & lättballast)

Från Esping och Löfgren (2005): Plastiska krympsprickor – material-sammansättning och

arbetsplatsåtgärder. Betong 3/2005.


Krympning och sprickor

Spricka Spänning

RH Krympning RH Krympning

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).


Krympning och kantresning

Spricka Spänning

RH Krympning

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

Spricka Spänning

RH Krympning

Böjmoment

Q Krympspänning


Krympning och temperaturrörelse

Spricka Spänning

RH Krympning


gjutning i augusti


gjutning i februari


Betongens krympning

500-80010-6

500-80010-6

Sprickbreddsklass 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

Enkelt att uppnå

(ev ej med dmax 8)

Uppnås normalt (med

S3/S4 & dmax 16).

Kräver särskilda åtgärder

(bindemedel, SRA)


Optimering av bindemedel Optimerad partikel-

sammansättning

(mikro- och nanopartiklar)

Fiber Tillsatsmedel

Optimering - Möjligheter

Fly ash

(high CaO)

Metakaoline

GGBS

Calcined

shale

Fly ash

(high SiO2) Silica


Kalciumhydroxid:

CaO·2H2O

Kacliumoxid (CaO)

=> +

Troli R. and Collepardi M. (2011): Shrinkage

compensated concrete for special structures

Krympreducerare

+

Minskat

porundertryck

Vatten

Partikel

Pw

Luft

rm

Betong med liten krympning

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





-0.60

-0.50

-0.40

-0.30

-0.20

-0.10

0.00

0.10

0.20

0 14 28 42 56 70 84 98 112 126 140

Def

orm

atio

n [

‰]

Time from mixing [days]

C30/37 16 S4 0.55 - Mapacrete

Start 12 hours from mixing. 20°C & 100% RH for 7 days, then 50% RH

Ref

1,5% SRA

1,5% SRA + 6% EXP

Före 7 dygn 100% RF (20C)

Efter 7 dygn 50% RF (20C)

C 30/37 S4, dmax=16 mm, vct 0,55 (CEM II/A-LL 42,5 R)

Start av mätning 12 timmar efter blandning.

Klimat: 20±1,0, RF 100% i 7 dygn varefter 50% RF


Sprickbildning (Betong rapport nr 13, Appendix D)

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.

N N

u Spricka

u u

N N

(a) (b-1)

Stadium II

(dragen betong mellan

sprickorna försummas)

Inverkan av

dragen betong

mellan sprickor

Ncr Ncr

u

N

(b-2)

Ncr

Liten

armeringsmängd

Stor

armeringsmängd

Kraft Tvång Tvång


Beräkning krympsprickor (Betong rapport nr 13, Appendix D)

l

Sprickan beskrivas av

“icke-linjära” fjädrar

w(s)

4

122.0

42.0

826.0

2

s

s

ef

s

c

sscm

ss

E

A

A

E

EEf

w

Sprickbredden en funktion av

stålspänningen (vidhäftning-glidning):

N(s)

N(s)

N(s)

N(s)

N(s)

N(s)

N(s)

N(s)

Krafter som verkar på ospruckna delar.

Enbart stångarmering.

N(fft.res) N(fft.res) 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

0

0,2

0,4

0,6

0,8

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

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

Spri

ckvid

d [

mm

] .

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

gf =

gf = 0,4 40 kg/m3

gf = 0,6 60 kg/m3

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Sp

rick

bre

dd

[m

m]

Krympning [mm/m]

C 30/37 16 0,4%

r =

0,5%

0,6%

0,8%

1,2%


Kan sprickor vara ”Estetiska” ? - Tate Modern (konstverk värt £300,000)

http://www.flickr.com/photos/abrinsky/1788318735/


Frågor?

Betong för industrigolv: Senaste rön inom materialteknik - Ingemar Löfgren

Technology