Tässä tutkimuksessa selvitettiin erilaisten 0-2 mm hiekka- lajitteiden käytön mahdollisuuksia valmisbetonin raaka-ai
neena. Lisäksi selvitettiin voidaanko betonin valmistuskus
tannuksia alentaa uusien lajitteiden käytön avulla.
Kirjallisuustutkimuksen mukaan runsaasti hienoainesta sisäl
tävän hiekan käyttö kasvattaa betonin vedentarvetta mutta parantaa myös koossapysyvyyttä. Vedenerottumiseen hienolla hiekalla on vähentävä vaikutus, jos hiekassa on runsaasti hienoimpia alle 0.063 mm rakeita. Ilmapitoisuus kasvaa hie
man, mutta huokostetussa betonissa huokostimen teho pienenee hienoaineksen osuuden kasvaessa.
Kovettuneen betonin puristuslujuuteen hienoaineksen suurella määrällä ei ole juuri vaikutuksia, jos vesimäärää ei noste
ta. Betonin kuivumiskutistuma kasvaa mikäli vesimäärää jou
dutaan lisäämään hienoaineksen suuren määrän johdosta.
Kokeellisessa osassa selvitettiin lajitteiden eri ominai
suudet. Kaikkien hiekkojen puhtaus täyttää Betonin kiviai- nesohjeiden 1990 vaatimukset. 20 % fillerinlisäys luonnon 0-2 mm hiekkaan kasvattaa tasaisesti rakeiden määrää 0.125 mm ja 1.0 mm välillä. Alle 0.125 mm alueella ei fillerinli
säys kasvattanut rakeiden määrää. Pestyssä 0-2 mm hiekassa ja salaojasoran alitteessa on selvästi vähemmän rakeita a- lueella 0.125-1.0 mm. 0.125 mm alitteessa pestyssä hiekassa on selvästi muita vähemmän hienoainesta ja salaojasoran a- litteessa muita enemmän. Typpiadsorptiomenetelmällä määrite
tyt ominaispinta-alat vahvistavat tämän havainnon. Pesty ki
vituhka on rakeisuudeltaan selvästi muita karkeampi ja sen maksimiraekoko on 6.0 mm.
Salaojasoran alitteella on selvästi muita enemmän liuskeisia ja levymäisiä rakeita, jotka kasvattavat betonin vedentar
vetta. Pesty hiekka on puhdasta ja levymäisiä rakeita on vä
hän. Luonnon 0-2 mm hiekalla pienet rakeet ovat suurelta
Betonikokeissa eri hiekkojen vaikutuksia tutkittiin rakenne- betonin КЗ0, lattiabetonin K30, huokostetun betonin K3 0 sekä rakennebetonin K50 ominaisuuksiin. Rakennebetonilla K30 ko
keet tehtiin kaikilla hiekoilla, mutta muilla betonityypeil- lä kokeet tehtiin luonnon 0-2 mm hiekalla, pestyllä hiekalla sekä salaojasoran alitteella. Lisäksi tehtiin vertailubeto- nit, joissa käytettiin 0-4 mm hiekkaa.
Työstettävyydeltään kaikilla hiekoilla saatiin vertailube- tonin tasolla olevia massoja, lukuunottamatta pestyä kivi
tuhkaa. Hyvään työstettävyyteen pestyllä 0-2 mm hiekalla jouduttiin käyttämään noin 5 % muita hiekkoja suurempia hiekkamääriä johtuen muita pienemmästä hienoainespitoisuu
desta. Pestyllä kivituhkalla tehtyjen massojen huono työs- tettävyys johtui ilmeisesti huonosta raemuodosta sekä liian pienestä raemäärästä alueella 0.125-1.0 mm. Pestyn kivituh
kan käyttö betonin valmistuksessa vaatii hienoksi runkoai
neeksi myös murskaamattomia rakeita.
Vedentarpeessa kokeiden hiekoilla oli suuria eroja. Luonnon 0-2 mm hiekalla vedentarve oli 0-4 mm hiekkaan nähden 1.8- 6.0 % suurempi, paitsi huokostetussa betonissa, jossa veden
tarve oli 0.5-1.6 % vertailuhiekkaa pienempi. Pestyllä hie
kalla vedentarve oli kaikissa betonityypeissä vertailuhiek
kaa selvästi pienempi. Erot olivat 2.3-6.4 %. Salaojasoran alitteella vedentarve oli kaikissa kokeissa kaikkein suurin.
Erot vertailuhiekkaan olivat 2.6-9.7 %. Lattiabetoneissa ve- dentarpeen erot olivat suurimmat johtuen muita betonityyppe- jä selvästi suuremmista hiekkamääristä.
Syyt vedentarpeen eroihin ovat ilmeisesti raemuodon lisäksi myös hienoaineksen määrässä. Pelkästään 0.125 mm läpäisyar- von tarkastelu ei anna oikeaa kuvaa vedentarpeesta, vaan täytyy tutkia myös 0.125 mm alitteen rakeisuusjakauma. Sala
ojasoran alitteella 0.125 mm läpäisyarvo oli koehiekkojen
toiseksi pienin, mutta siinä oli selvästi muita enemmän erittäin hienoja alle 0.063 mm rakeita.
Huokostamattomien betonien ilmapitoisuus kasvaa hieman hiek- kamäärien kasvaessa. Erot ovat kuitenkin pieniä". Huokoste- tuissa betoneissa ei havaittu kirjallisuudessa esitettyä väitettä, jonka mukaan hienoainespitoisuuden kasvaessa huo- kostimen teho pienenee. Tehdyissä kokeissa samalla huokos- tinmäärällä suurimmat ilmapitoisuudet olivat massoissa, joissa käytettiin suurimpia hiekkamääriä. Kaikilla hiekoilla tavoiteilmamäärä saavutettiin 0.5 % huokostinannostuksella sementin määrästä.
Koska vesisideainesuhteet pidettiin vakioina, ei puristuslu- juuksissa ollut suuria eroja eri hiekkojen välillä. Puris- tuslujuudet eivät yleensä olleet riippuvaisia käytetyistä hiekkamääristä. Ainoastaan lattiabetoneilla lujuudet piene
nivät hiekkamäärien kasvaessa. Salaojasoran alitteella lu
juudet olivat yleensä hieman muita pienempiä.
Huokostetun betonin pakkassuolakokeissa erot tuloksissa oli
vat suuret. Ainoastaan vertailuhiekalla sekä salaojasoran a- litteella tehdyt betonit täyttivät P-40-luokan vaatimukset.
Pestyllä hiekalla tehty betoni täytti luokan P-30 vaatimuk
set ja luonnon 0-2 hiekalla ainoastaan luokan P-20 vaatimuk
set täyttyivät. Betoneissa ei tosin tehty vedenvähennystä, jolla pakkassuolakestävyyttä voidaan parantaa.
Työmaakokeissa testattiin laboratoriokokeiden parhaiden mas
sojen toimivuutta käytännön olosuhteissa. Huokostetut beto
nit tehtiin luonnon 0-2 mm hiekalla, pestyllä hiekalla sekä salaojasoran alitteella. Lattiabetonit tehtiin luonnon 0-2 mm sekä pestyllä hiekalla. Tulokset olivat rohkaisevia.
Työstettävyys- ja pumpattavuusominaisuudet olivat hyviä, eikä huokostettujen massojen ilmamäärissä tapahtunut normaa
lia suurempaa ilmamäärän pienenemistä kuljetuksen ja pump
pauksen aikana. Myös lujuustulokset olivat hyviä, joskin ne olivat hieman laboratoriokokeiden tuloksia alhaisempia.
lisemmaksi. Erot raaka-ainekustannuksissa vertailuhiekkaan nähden olivat 3.9-10.6 %. Syyt muita pienempiin kustannuk
siin ovat pienemmät sideainemäärät sekä lajitteen vertailu- hiekkaa alhaisempi hinta. Myös luonnon 0-2 mm hiekalla sekä salaojasoran alitteella raaka-ainekustannukset ovat vertai- luhiekkaa alhaisemmat. Näiden kohdalla kustannusten alenemi
nen johtuu pääosin lajitteiden vertailuhiekkaa alhaisemmasta hinnasta. Salaojasoran alitteella muita suuremman vedentar- peen johdosta myös sideainemäärät ovat muita suuremmat, mutta myös sen hinta ylijäämätuotteena on muita alhaisempi.
Tämän tutkimuksen mukaan kaikki jatkokeisiin valitut hiekat soveltuvat valmisbetonin raaka-aineeksi. Niiden käyttö on myös taloudellisesti järkevää. Myös salaojasoran alitteen kohdalla sen käyttö betonin raaka-aineena olisi eräs järkevä käyttökohde muita korkeammista sideainemääristä huolimatta, koska nykyisin se on ylijäämätuote, jolle ei ole taloudelli
sesti järkevää hyötykäyttöä.
Jatkossa tulisi selvittää hienojen lajitteiden käytön vaiku
tukset notkistetuissa betonimassoissa, koska tässä tutkimuk
sessa ei käytetty notkistimia. Notkistimien käytöllä voitai
siin alentaa salaojasoralla valmistettujen betonien veden- tarvetta ja sideainemääriä. Myös keinot, joilla pakkassuola- kestävyyttä saadaan parannettua, pitäisi tutkia Tässä tut
kimuksessa ei käsitelty yli 50 MN/m2 betoneita, mutta hieno
jen hiekkojen käyttö myös niiden runkoaineena tulisi sel
vittää.
ACI Committee Report no. AGI 221 R. Guide for use of normal weight aggregates in concrete. 1984. Journal of the American Concrete Institute Vol 81, No 2. s. 115-139.
Ahmed, E.A. & El-Kourd, A.A., 1989. Properties of concrete incorporating natural and crushed stone very fine sand. ACI Materials Journal Vol 86, No 4. s. 417-424.
Banfill, P.F.G., 1983. Fine aggregates for concrete from yhe Mersey estuary. CIB 83, Vol 4, s. 53-63.
Banfill, P.F.G. & Carr, M.P. 1987. The properties of concre
te made with very fine sand. Concrete, Vol 21, No 3. s. 11- 16.
Bloem, D.L. & Gaynor, R.D. 1963. Effects of aggregate pro
perties on strength of concrete. Journal of American Conc
rete Institute. Vol 60, No 10. s. 1429-1454.
Ertingshausen, H. 1988. Beton aus sandreichen Korngruppen.
Betonwerk + Fertigteil-Technik, Vol 54, No 11. s 64-72.
Fulton, F.S. 1977. Concrete Technology. The Portland Cement Institute. Johannesburg. 407 s.
Järvi, M. 1991. Mikrosuhteituksen vaikutus betonin omi
naisuuksiin. Lisensiaattityö. Teknillinen Korkeakoulu. 128 s.
Kilian, G. 1990. Einflussnahme über den Mehlkorngehalt im Zuschlag auf die Betongüte. Betonwerk + Fertigteil-Technik, Vol 54, No 2. s. 75-79.
Malhotra, V.M. & Carette G.G. 1985. Performance of concrete incorporating limestone dust as partial replacement for sand. Journal of the American Concrete Institute, Vol 82, No 3, s.363-371
Murdock, L.J. 1979. Concrete materials and practise. 5. p.
London. Edward Arnold Publishers Ltd. 434 s.
Neville, A.M. 1981. Properties of concrete, 3rd edition.
London, Pitman Publishing Limited. 779 s.
Nichols, F.P. 1982. Manufactured sand and crushed stone in Portland cement concrete. Concrete International, Vol 4, No 8 . s. 56—63 .
Penttala, V., Rautanen, T. , Alkula, R. , Ipatti, A. 1986.
Rakeisuudeltaan epäjatkuvan runkoaineen vaikutus betonin ominaisuuksiin. Teknillinen Korkeakoulu. Julkaisu 78. Espoo.
109 s.
Poijärvi, H. 1966. Kiviaineksen hienojakoisimman osan vai
kutuksista betonin ominaisuuksiin. Valtion teknillinen tutkimuslaitos. Julkaisu 110. Helsinki. 197 s.
Schäper, M. 1987. Splittbeton mit Brechsand - eine Mach
arbeitsstudie. Betonwerk + Fertigteil-Technik. Vol 53, No 11. s. 757-763.
SFS. 1988. SFS Käsikirja 100, Betonistandardit, 317 s.
Springenschmid, R. & Breitenbücher, R. & Setzer, M.J. 1987, Luftporenbeton - Neuere Untersuchnung zur Feinstsandzusa- mmensetzung, Liegezeit und Nachdosierung von Luftporenbil
dern. Betonwerk + Fertigteil-Technik, Vol 53, No 11. s. 742- 748.
Suomen Betoniyhdistys ry. 1990. Betonin kiviainesohjeet.
Julkaisu BY 33. 39 s.
Suomen Rakennusinsinöörien Liitto. 1979. Betonitekniikka.
RIL 119. Helsinki. 471 s.
Cement and Concrete Association. 138 s.
Tielaitos. 1992. Sillanrakentamisen yleinen työselitys.
Wills, M.H. 1967. How aggregate particle shape influences concrete mixing water requirement and strength. Journal of materials. Vol 2, No 4. s. 843-865.
Ylikoski,K. 1985. Fillerimateriaalin vaikutuksista laastin ominaisuuksiin. Diplomityö. Tampereen teknillinen korkeakou
lu. Rakennustekniikan osasto. 68 s.
KEMIALLINEN ANALYYSI
P40/7
Si02 19.4
A1203 4.5
F 02^2 2.6
MgO 3.6
CaO 59.7
SO3 3.5
co
2
1.5FYSIKAALISET OMINAISUUDET
P40/7 Lentotuhka
Omin.paino g/cm3 3.11 2.25 Omin.pinta-ala m2/kg 456 273 Sitoutumisaika min. 160
Hehkutushäviö % 4.2
Puristuslujuus MN/m2
Id 27 MPa
3d 41 MP a
7d 45 MPa
КЗо16mm2sVBsuhteitukset,massansekäkovettuneenbetoninominaisuudet
кз о
8mm1sVBlattiabetoninsuhteitukset,massansekäkovettuneenbetoninominaisuudetHuokostetunКЗ016mm2sVBsuhteitukset,betonimassansekäkovettuneenbetonin
K5016mm2sVBsuhteitukset,massansekäkovettuneenbetoninominaisuudet
Työmaakokeidenpunnitutainesosat,massansekäkovettuneenbetonin
2 -3
SVBs a la o ja s o ra n a li te
50% 873 869 3201 198