Ilmamäärän mittaaminen

Tuoreen betonimassan ilmamäärän määritys tehtiin painemenetelmällä standardin EN 12350-7 [25] mukaisesti. Ilmamäärän mittaamiseen käytettiin manuaalista painemittaria.

Standardissa on vaihtoehtoiseksi menetelmäksi annettu vesipatsasmenetelmä, jossa käy-tetään ns. vesipatsasmittaria. Kummankin menetelmän mittauslaitteet toimivat Boylen ja Mariotten lain mukaisesti [25]. Tuoreen betonin ilmamäärä voidaan mitata myös AVA-ilmalaatumittarilla tai betonisekoittimeen asennetulla jatkuvatoimisella mittauslaitteella.

Kovettuneesta betonista ilmamäärä voidaan määrittää ohuthietutkimuksen avulla, jossa tehdään huokosjakotesti. Testistä selviää myös, onko huokosjako ja -koko oikeanlainen betonin pakkasenkestävyyden takaamiseksi [17].

Painemenetelmässä mittalaitteiston tulee standardin EN 12350-7 [25] mukaisesti täyttää seuraavat vaatimukset.

∂ Mittalaitteen säiliön ja kannen tulee olla teräksestä tai muusta kovasta sementin vaikutukset kestävästä metallista valmistettu. Mittalaitteen sisäpintojen tulee olla sileäksi työstettyjä.

∂ Säiliön tilavuuden tulee olla vähintään 5 litraa ja astian halkaisijan suhde korkeu-teen tulee olla vähintään 0,75 ja enintään 1,25.

∂ Mittalaitteen säiliön ja kannen tulee olla vesitiiviitä ja sopivia noin 0,2 MPa käyt-töpaineelle.

∂ Kansi tulee voida kiristää säiliöön painetiiviisti siten, että kannen ja säiliön väliin ei pysty jäämään ilmaa.

∂ Mittalaitteen painepumpun tulee liittyä kiinteästi mittalaitteeseen.

∂ Painemittarin tulee olla sovitettu mittalaitteen kanteen ja kalibroitu näyttämään ilmamäärä välillä 0-8%, mieluiten 10 %:iin saakka. Mittarin jakovälien tulee olla seuraavat:

o 0,1 % välillä 0-3 % o 0,2 % välillä 3-6 % o 0,5 % välillä 6-10 %

∂ Painemittarin tulee olla kalibroitu standardin liitteen D mukaisesti. [25]

Tuoreen betonin ilmamäärän mittaamisessa säiliö tulee täyttää betonimassan notkeudesta riippuen yhdessä tai useammassa kerroksessa. Tyypillisesti notkeusluokan ollessa painu-mamenetelmällä määritettynä S3 tai suurempi, tarvitaan vain yksi täyttökerros. Kaikki täyttökerrokset tulee tiivistää jollakin kappaleessa 3.2.2 esitetyistä tiivistysmenetelmistä.

Mekaanisia tiivistysmenetelmiä (tärysauva ja tärypöytä) käytettäessä tulee välttää liial-lista tärytystä, jotta pakkasenkestävissä betoneissa oleva huokostusilma ei pääse poistu-maan. Betonimassan tiivistyksen jälkeen tulee betonin pinta tasoittaa säiliön yläpinnan tasolle ja sulkea säiliö kannella tiiviisti [25]. Ilmamäärän mittaus suoritetaan tämän jäl-keen seuraavasti:

∂ Mittaus aloitetaan sulkemalla paineentasausventtiili ja avataan hanat A ja B, joista toisesta ruiskutetaan suljettuun säiliöön vettä, kunnes toisesta hanasta tulee vettä ulos.

∂ Koputellaan mittalaitetta kevyesti puunuijalla, kunnes mittalaitteen sisälle mah-dollisesti jäänyt ilma on poistunut.

∂ Suljetaan painekammion ilmaventtiili ja pumpataan ilmaa kammioon, kunnes pai-nemittarin osoitin on alkupainemerkinnän kohdalla. Odotetaan hetki paineilman jäähtymistä ympäristön lämpötilaan ja vakautetaan osoitin alkupainemerkin koh-dalla joko pumppaamalla lisää ilmaa tai vapauttamalla ilmaa tarpeen mukaan. Ko-putellaan mittaria kevyesti vakauttamisen aikana.

∂ Suljetaan hanat A ja B ja avataan paineentasausventtiili.

∂ Koputellaan säiliön seinämiä terävästi ja painemittaria kevyesti.

∂ Luetaan painemittarista näennäinen betonin ilmamäärä A1 0,1 % tarkkuudella.

[25]

Säiliössä olevan tuoreen betonimassan ilmamääräAc1 [%] lasketaan kaavasta (15).

= − (15)

jossaA1 on testatun betoninäytteen näennäinen ilmamäärä [%] jaG on kiviaineksen kor-jaustekijä, jonka oletetaan olevanG=0, ellei korjaustekijää ole mitattu. Useimmille nor-maalipainoisille kiviaineksille korjaustekijä on merkityksettömän pieni, eikä sitä tarvitse ottaa huomioon [25]. Tässä tutkimuksessa käytettiin tavanomaista kiviainestyyppiä, jonka korjaustekijän voidaan olettaa olevanG=0.

Tuoreen betonin ilmamäärän mittauksissa käytettiin standardin EN 12350-7 [25] vaati-mukset täyttävää, ilmamäärämittaukseen suunniteltua manuaalista mittalaitetta, jonka painemittari oli kalibroitu edellisen kerran vuonna 2017. Mittalaitteen säiliön täyttäminen suoritettiin kahdessa tasakorkuisessa kerroksessa. Molempien täyttökerrosten tiivistys suoritettiin kappaleessa 3.2.2 esitellyllä tärypöydällä, joka täyttää standardin asettamat vaatimukset. Betonimassan tiivistyksessä tarkkailtiin betonimassan pintaa tarkasti, tiivis-tys lopetettiin välittömästi suurten ilmakuplien häviämisen jälkeen. Tällä menettelyllä py-rittiin välttämään huokostusilman poistuminen betonimassan seasta. Betonimassan tiivis-tyksen jälkeen ilmamäärän mittaus suoritettiin standardin ohjeiden mukaisesti. Taulu-kossa 13 on esitetty kaikista betoniannoksista tehtyjen ilmamäärämittausten tulokset. Jo-kaisesta betoniannoksesta on esitetty mittaukset M1, M2 ja M3, joissa numero edustaa

kokeen ajankohtaa yhden valuerän kuluessa. Mittauksia suoritettiin välittömästi betoni-auton saapuessa (M1), valuerän puolivälissä (M2) ja valun päätteeksi (M3). Ilmamääriä vertaillessa betonilaatujen välillä tulee huomioida, että betonilaatu C35/45 on huokosta-maton, muiden betonilaatujen ollessa huokostettuja eli pakkasenkestäviä. Huokostetuissa betonilaaduissa käytetään lisäainetta, jonka avulla betoniin saadaan muodostumaan suo-jahuokosia pakkasenkestävyyden varmistamiseksi. Tästä syystä huokostetuissa betoni-laaduissa on luonnollisesti enemmän ilmaa.

Taulukko 13.Ilmamäärämittausten tulokset.

Betoni Ilmamäärä [%] / aamu Ilmamäärä [%] / iltapäivä

Huokostamattomissa betonilaaduissa ilmamäärä on normaalisti 1-2 % betonimassan pai-nosta. Lisähuokostuksella betonin pakkasenkestävyyttä parannetaan, jolloin betonimas-san ilmamäärä on yleensä 4-8 % [17]. Tässä tutkimuksessa käytetyt betoniluokat ovat pääsääntöisesti tyypillisiä sillarakennuksessa käytettäviä betoniluokkia. Liikenneviraston (nykyinen Väylävirasto) ohjeessa 22/2016: Siltabetonien P-lukumenettely [24] annetaan betonimassan ilmamäärälle minimiarvot ja ohjeellinen enimmäisarvo pakkasenkestävyy-den täyttymiseksi. Taulukossa 14 on esitetty minimiarvot ja ohjeellinen maksimiarvo vaihteluvälinä. Taulukko soveltuu betonimassoille, joiden runkoaineen maksimiraekoko on 16 mm tai suurempi.

Tässä tutkimuksessa käytetyillä pakkasenkestävyysluokan P50 omaavilla betonilaaduilla vesi-sideainesuhde oli noin 0,40 ja P20 betonilla 0,48. Ilmamäärämittausten perusteella pakkasenkestävyysluokan P50 betonimassat olivat pääsääntöisesti valupaikalle saapues-saan ilmamäärältään vähimmäisarvon 4 % mukaisia. Mittausten perusteella betonimassan C35/45 P50 ilmamäärä ei täytä kolmannessa eli valuerän päättäneessä mittauksessa vä-himmäisilmamäärävaatimusta. Vähimmäisrajan alittuminen on todennäköisesti seurausta betonimassan notkeuden alentumisesta. Taulukoista 11 ja 12 on havaittavissa, että beto-nilaadun C35/45 P50 notkeusluokka madaltui merkittävästi valuerän loppua kohti, jolloin valukappaleita jouduttiin tiivistämään pidempää tärypöydällä riittävän tiivistysasteen saa-vuttamiseksi. Tiivistysajan kasvattamisen seurauksena betonimassasta on todennäköisesti hävinnyt liikaa lisähuokosia. Pakkasenkestävyysluokan P20 betonilaatu täytti ohjeen mu-kaisen vähimmäisilmamäärävaatimuksen noin 3 % jokaisessa mittauksessa. Pakkasen-kestävyysluokan P50 betonilaatujen ilmamäärämittauksissa ei havaittu ohjeellisen enim-mäisarvon 7 % ylittäviä mittaustuloksia. Pakkasenkestävyysluokan P20 betonilaadun yh-dessä mittauksessa ohjeellinen enimmäisarvo noin 5 % ylittyi hieman, ilmamäärämittauk-sen tulokseksi saatiin 5,3 %. Erotus ohjeelliseen enimmäisarvoon on kuitenkin hyvin

pieni, joten ohjeellisen ilmamääräylityksen voidaan arvioida olevan merkityksetön beto-nin puristuslujuuden kannalta.

Taulukko 14. Betonimassan vähimmäisilmamäärävaatimus ja ohjeellinen enimmäis-määrä, kun kiviaineksen raekoko on 16 mm tai suurempi, mukaillen lähdettä [24].

Vesi-side-ainesuhde

Ilmamäärän vähimmäisarvo ja ohjeellinen enim-mäisarvo eri pakkasenkestävyysluokissa [%]

P20 P30 P50 P70

0,60 5-7 5-7 -

-0,50 3-5 4-6 6-8

-0,40 2-4 3-5 4-7 (7-9) *)

0,32 2-4 2-4 2-5 3-5

<0,32 ei vaatimusta ei vaatimusta ei vaatimusta ei vaatimusta

*) Vain interpolointia varten

Tutkimuksen yhteydessä mitattujen tuoreen betonin ilmamäärien ja betonilaatujen suh-teutustietojen perusteella laskettiin kaikille tutkimuksen pakkasenkestäville betonilaa-duille toteutuneet pakkasenkestävyysluvut (P-luvut). Pakkasenkestävyysluvut laskettiin Liikenneviraston ohjeessa [24] esitettyjen kaavojen mukaisesti, laskennassa hyödynnet-tiin Liikenneviraston julkaisemaa laskentapohjaa. Kaikkien pakkasenkestävien betonilaa-tujen pakkasenkestävyyslukujen laskenta on esitetty liitteessä 18. Pakkasenkestävyyslu-kuja laskettaessa yhden betonilaadun toteutuneista ainemääristä (taulukko 7 ja 8) ja ilma-määrämittauksista (taulukko 13) laskettiin keskiarvot. Laskennallisesti toteutuneiksi pak-kasenkestävyysluvuiksi saatiin:

∂ C35/45 P50: P-luku 52

∂ C30/37 P20: P-luku 33

∂ C50/60 P50: P-luku 64

Ilmamäärämittausten ja toteutuneiden ainemäärien keskiarvojen perusteella kaikkien pakkasenkestävien betonilaatujen pakkasenkestävyysluvut täyttyvät. Betonilaaduilla C30/37 P20 ja C50/60 P50 laskennallinen pakkasenkestävyysluku on huomattavasti ta-voiteltua suurempi. Betonilaadun C35/45 P50 laskennallinen pakkasenkestävyysluku on hyvin lähellä tavoiteltua arvoa.