9. Koetulosten tarkastelu
9.6 Sementtikiven huokosmäärät ja huokoskoko]akaumat
Elohopeatunkeuman avulla voidaan laskea kiinteän aineen ominaispinta-ala, huokoi
suus, huokoskokojakauma ja tiheys. Huokoisuuden ja huokoskokojakauman laskemi
nen perustuu suoraan tunkeutuneen elohopean määrään.
Elohopeaporosimetrikokeita tehtiin 7, 28, 91 vuorokauden ikäisille näytteille. Eloho- peaporosimetrikokeissa käytettiin näytteenä betonista porattuja lieriötä, joiden hal
kaisija oli noin 25 mm ja korkeus oli 20 - 30 mm. Ennen porosimetriajoja näytteitä säilytettiin tyhjiössä vähintään kuusi viikkoa, jotta näytteiden huokosista poistui vapaa vesi ja ilma. Kuvassa 42 esitetään sementtikiven kapillaari- ja mesohuokosmäärät 28 vuorokauden iässä.
Taulukko 22. Kapillaari- ja mesohuokosmäärään lineaarinen riippuvuus betonin koostumuksesta ja hydrataatioasteesta. R on korrelaatiokerroin ja P on korrelaatiokertoimen merkitse
vyyden riskitaso.
Kapillaarihuokosmäärä 28 vrk:ssa[mm3/cm3] Mesohuokosmäärä 28 vrk:ssa[mm3/cm3]
R P-arvo R P-arvo
Sementtimäärä (kg/m3) -0.589 0.013 -0.601 0.011
Silikamäärä (kg/m3) -0.663 0.004 -0.597 0.011
Vesisementtisuhde 0.679 0.003 0.454 0.067
Ilmamäärä (%) 0.277 0.282 0.928 0.000
C3S -0.255 0.322 0.041 0.874
C3A 0.255 0.322 -0.041 0.874
NaZOekv -0.374 0.139 0.108 0.679
Sementin hienous (rnVk -0.373 0.141 0.103 0.694
Hydrataatioaste (28 vrk) 0.474 0.054 0.581 0.014
Taulukosta 22 nähdään, että sementtimäärä oli merkitsevä 28 vuorokauden iässä 1,3%
riskitasolla kapillaarihuokosmäärään ja 1,1% riskitasolla mesohuokosmäärään. Sili- kamäärä oli merkitsevä 28 vuorokauden iässä 0,4% riskitasolla kapillaarihuokosmää
rään ja 1,1% riskitasolla mesohuokosmäärän. Vesisementtisuhde oli merkitsevä 28 vuorokauden iässä 0,3% riskitasolla kapillaarihuokosmäärään, mutta ei ollut merkit
sevä mesohuokosmäärään. Ilmamäärä oli merkitsevä 28 vuorokauden iässä 0,0%
riskitasolla mesohuokosmäärään, mutta ei ollut merkitsevää kapillaarihuokosmäärään.
Sementtityypillä ei ollut merkitsevää vaikutusta kapillaarihuokosmäärään eikä
meso-huokosmäärän 28 vuorokauden iässä.
□ Kapillaarihuokoset [mm3/cm3]
Ш Mesohuokoset [ттЗ/сшЗ]
Kuva 42. Elohopeaprosimetrikokeen perusteella lasketut sementtikiven kapillaari- ja mesohuokos-määrät [mm3/cm3]. Näytteet on otettu 28 vuorokauden iässä ja säilytetty 6 viikkoa tyhji
össä.
Korkealujuusbetonissa KR0,36, jossa käytettiin 475 kg Rapidsementtiä, kapillaarihuo- kosmäärä 28 vuorokauden iässä oli 129 mmVcnr' ja mesohuokosmäärä oli 84 mmVcm3. Pienestä mesohuokosmäärästä johtuen KR0,36 on saavuttanut 82,5 MPa puristuslujuuden 28 vuorokauden iässä. Normaalisti suhteitetussa betonissa VR0,75, jossa käytettiin 240 kg rapidsementtiä, kapillaarihuokosmäärä 28 vuorokauden iässä oli 198 mnrVcny ja mesohuokosmäärä oli 138 mm3/cm3. Suuresta mesohuokosmääräs
tä johtuen VR0,75 puristuslujuus 28 vuorokauden iässä oli 37,3 Mpa.
■KR0.36 (W/C = 170/475) VR0.75 (W/C = 180/240)
“VR0.5 (W/C = 150/300) O 600
1 000 10 0(X) 100 000
Huokossädc [nm]
Scnuittimäärä [kg/т3]
kiipii uHTÜuotoxiiMärä [nin'cnf | Piyná» I K»**i A«rilE*>k. i
Mesohuokoxnitbira ¡nerf/cnf}
~ Kezrwôo (Moohunk.)
Kuva 43. Sementti määrän ja vesisementtisuhteen vaikutus betonin huokosjakautumaan 28 vuoro
kauden iässä. Näytteet on otettu 28 vuorokauden iässä ja säilytetty 6 viikkoa tyhjiössä.
(R on selitysaste).
Betoneissa, joissa käytettiin suuria määriä sementtiä ja alhaisia vesisementtisuhteita kapilaarihuokosten määrä jäi vähäiseksi, kun taas betoneissa, joissa käytettiin korkeita vesisementtisuhteita, huokosmäärä jäi suuremmaksi.
ДE
«toO O-o
1 000 900 800 700 600 500 400 300 200 100
0
--- KP0.36 - * - KR0.36
Jn
ж.
1 10 100 1 000 10000 100000
Huokossäde [nm]
NR0.5HH NP0.5HH NY0.5HH
to 400
1 000 10 000 100 000
Huokossäde [nm]
Kuva 44. Sementtityypin vaikutus betonin huokosjakautumaan 28 vuorokauden iässä. Säilytys oli vakioilmastohuoneessa +20 °Cja RH 45%. Slite stantard Portlandsementistä valmistet
tujen betonien sementtikiven huokosjakautuma oli epäluotettava (ks. liite 11).
Yleissementistä valmistetussa korkealujuusbetonissa oli sekä kapillaari- että mesohuo- kosmäärä suurempi kuin Rapid- ja Slite standard Portlandsementeistä valmistetuissa betoneissa. Portlandsementistä valmistetussa nopeasti päällystettävässä betonissa NP0,5HH mesohuokosmäärä oli selvästi suurin, mutta se saattoi johtua näytteessä olevan halkeaman tuomasta mahdollisesta virheestä. Rapid- ja Yleissementeilla val
mistetuissa nopeasti päällystettävissä betoneissa oli suurinpiirtein samat kapillaari- ja mesohuokosmäärät.
Kuvassa 45 esitetään silikan vaikutus betonin huokosjakautumaan. Korkealujuusbeto- nien huokosjakaumaan silikalla ei ollut suurta vaikutusta, mutta nopeasti päällysteiden betonien huokosjakautumaan ja huokosmäärään silika selvästi vaikutti. Esimerkiksi NR0,5HHSi:lla, jossa käytettiin 10%:a sementtimäärästä silikaa, oli kapillaarihuo- kosmäärä yhtä kuin NR0,5HH:lla, jossa ei ollut silikaa ollenkaan, mutta mesohuo
kosmäärä oli 30%:a suurempi. Syy voi olla se, että si 1 ika-partikkelit ovat mahdolli
sesti huonosti dispergoituneet, jolloin vain partikkeleiden saumojen pintaosat reagoivat ja jättävät jälkeensä huokoisen alueen.
• KR0.36 (silika/sementti= 28,5/475) -KR0,36Si (silika/seraentti = 50/450)
1 10 100 1000 10000 100000
Huokossäde I nm)
-NRO,5HH (silika/sement ti=0/350)
• NR0.5HHSÍ (silika/sementti=34/340)
200
1 10 100 1 000 10 000 100 000
Huokossäde f nm]
Kuva 45. Silikan vaikutus betonin huokosjakautumaan 28 vuorokauden iässä. Näytteet säilytettiin 6 viikkoa tyhjiössä.
Kuvassa 46 nähdään, että korkealujuuksisella betonilla (KR0,36) kapillaarihuokos- määrä väheni ajan mittaan, mutta mesohuokosmäärä pysyi samana, mikä johtui kapil- laarihuokosten sulkeutumisesta sementin hydrataatioprosessin edetessä.
E E ой
>X5
KRO,36 (ikä - 7vrk) KKU,jO (ixd ¿o Vik) KR0.36 (ikä-91 vrk)
jr■J
VuJa—^
1 10 100 1 000 10 000 100 000
Huokossäde [nm]
NR0,5HH (ikä = 7 vrk)
• NR0.5HH (ikä=28 vrk)
«* 600 NR0.5HH (ikä =91 vik)
^ 400
(3D 300 S 200
1 10 100 1 000 10 000 100 000
Huokossäde [nm]
Kuva 46. Iän vaikutus sementikiven huokosjakautumaan 7, 28 ja 91 vuorokauden ikäisenä. Säilytys vakioilmastohuoneessa +20 °C ja RH 45%. Näytteet säilytettiin 6 viikkoa tyhjiössä.
Kuvassa 47 esitetään huokostamisen vaikutus betonin huokosjakautumaan ja huokos- määrään. Betonimassan ilmamäärä vaikutti mesohuokosmäärään, mutta ei vaikuttanut kapillaarihuokosmäärään. Ilmiö näkyy selvästi korkealujuuksisilla betoneilla. Esimer
kiksi betonilla KR0,38H:lla, jossa ilmamäärä oli 5,2%:a, mesohuokosmäärä oli 155 mm /cm3, mutta betonilla KRO,36:11a, jossa oli 1,2% ilmaa, mesohuokosmäärä oli 84 mnr/cnr. Kapillaarihuokosmäärä oli noin 130 mnfYcm3 molemmilla betoneilla. Huo- kostetussa betonissa NPR0,5HH, jossa oli 8,5%:a ilmaa, kapillaarihuokosmäärä oli suurinpiirtein sama kuin huokostamattomassa betonissa VR0,5, jossa oli 1,5% ilmaa, mutta mesohuokosmäärä oli selvästi suurempi.
KRO, 36 (ilmamäärä = 1,7%) KR0,38H (ilmamäärä = 5,2%)
1 000 10 000 100 000
Huokossäde [nm]
■VR0,5 (ilmamäärä = 1,5%) NR0.5HH (ilmamäärä =8,5%)
^ 400
1 10 100 1 000 10 000 100 000
Huokossäde [nm]
Kuva 47. Betonin sisältämän ilmamäärän vaikutus betonin huokosjakautumaan 28 vuorokauden iässä. Säilytys vakioilmastohuoneessa +20 °C ja RH 45%. Näytteet on säilytetty 6 viik
koa tyhjiössä.
Kuvassa 48 nähdään, että säilytysolosuhteilla ei ollut vaikutusta korkealujuuksisten betonien huokosjakautumaan, mutta nopeasti päällystettävien betonien huokosjakau
tumaan vaikutusta oli jonkin verran. Esimerkiksi nopeasti päällystettävällä betonilla (NR0,5HHE), jota säilytettiin pakastearkussa ( + 10 °C ja RH 70%), mesohuokosmää- rä oli 271 mmVcnr' ja betonilla (NR0,5HH), jota säilytettiin vakioilmastohuoneessa (+20 °C ja RH 45%), mesohuokosmäärä oli 226 mmVcm3 28 vuorokauden iässä.
Syy saattaa johtua siitä, että vesi haihtui enemmän pakastearkussa, koska koekappa
leita ei peitetty muovikalvolla ensimmäisten 7 vuorokauden aikana, mikä aiheutti me- sohuokosmäärän lisääntymisen.
-KR0.36 (säilytys 45% RH ja +20 °C)
■ KR0.36E (säolytys 70% RH ja +10 °C)
^ 700
NRO,5HH (säilytys 45% RH ja +20 °C) NR0.5HHE (sâÜytys 70% RH ja +10 °C) V 600
*a 200
1 10 100 1 000 10 000 100 000 1 10 100 1 000 10 000 100 000
Huokossäde [nm] Huokossäde [nm]
Kuva 48. Säilytysolosuhteiden vaikutus betonin huokosjakautumaan 28 vuorokauden iässä.
K RO, 56E ja NRO, 5HHE säilytettiin pakastearkussa (+ 10 °C ja RH 70%).
KR0,36ja NR0.5HH säilytytettiin vakioilmastohuoneessa (+20 °C ja RH 45%).
Kuvassa 50 esitetetään sementin 28 vuorokauden hydrataatioasteen ja vesisementtisuh- teen vaikutus betonin huokosmäärään. Sementtipastan kapilaarihuokosmäärä on riip
puvainen sekä vesisementtisuhteesta, että hydrataatioasteesta.
• ka pilaa rihuokosmäära [mm Von1] о МежЛиокоятага JmmVcin5) --- regressio (Kapilaarihuokoanäarä) --- regressio (M-sohuokoamääru)
Vesisementtisuhde |W/C]
Kapilaarihuokosmäärä > Mesohuokosmäärä
■ - Regressio (Kapilaarihuok.)
;--- Regressio (mesohuok.)
E 200
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
Hydraatioaste (<x= (Wkem/0,25)*Sementtimäärä)
Kuva 49. Hydrataatioasteen ja vesisementtisuhteen vaikutus betonin huokosjakautumaan 28 vuoro
kauden iässä. Koekappaleet säilytettiin pakastearkussa (+ 20 °C ja RH 45%). Näytteet on otettu 28 vuorokauden iässä ja säilytetty 6 viikkoa tyhjiössä. (R2 on selitysaste).
Teoriassa kapilaarihuokosia syntyy silloin, kun vesiscmenttisuhde on suurempi kuin 0,38 ja sitä enemmän mitä suurempi vesisementtisuhde on. Kuvasta nähdään, että 28 vuorokauden ikäisinä korkealujuusbetonien, joissa vesisementtisuhde oli 0,36 - 0,38 ja hydrataatioaste oli 0,5 ja 0,7, kapilaarihuokosmäärä jäi vähäiseksi. Kun taas 28 vuo
rokauden ikäisinä nopeasti päällystettävien betonien, joissa vesisementtisuhde oli 0,40 - 0.55 ja hydrataatioaste oli 0,80 -1,00, kapilaarihuokosmäärä oli suurempi.