FI80874C - Anvaendning av belaeggning av slaggcementbetong foer att skydda betongkonstruktioner mot klorjoninitierad korrosion och mot frysning. - Google Patents

Description

80874

Kuona sement r ib-^v on ipa ally s teen käyttö betonirakenteiden suojaamiseksi kloori-ionien vaikutuksesta tapahtuvaa Vc--roosiota vastaan ja jäätymistä vastaan

Keksintö koskee kuonasementtibetonipäällysteen käyttöä betonirakenteiden suojaamiseksi kloori-ionien vaikutuksesta tapahtuvaa korroosiota vastaan ja jäätymistä vastaan.

Korrosoivassa ympäristössä betonirakenteisiin kohdistuu suuria rasituksia. Erityisesti maantiesuola ja merivesi ovat osoittautuneet vahinkoja aiheuttaviksi. Kloori-ionit diffundoituvat betoniin ja syövyttävät raudoitusta siten, että joudutaan tekemään kalliita korjauksia usein jo joitakin vuosikymmeniä rakenteiden käyttöönoton jälkeen. On myöskin vaikeata korjata tällaisia vahingoittuneita betonirakenteita kestävällä tavalla. Vaikeudet ovat sekä materiaaliteknisiä että teknisessä toteutuksessa, korjausmateriaali antaa usein vain rajallisen suojan ja senkestävyys sinänsä on puutteellinen, ja korjaukset ovat aikaavieviä ja työläitä. Erityisesti siltarakenteisiin tehtävät korjaukset ovat vaivalloisia rakenteiden erityisen muodon takia. Korjaukset voidaan tehdä tosin huomattavasti helpommin betoniruiskutuksella, mutta ruiskubetoni on herkkää pakkaselle ja sen kestävyys siten epävarma.

Keksinnön tarkoituksena on nyt yksinkertaistaa ja parantaa vahingoittuneen betonin korjausta ja jo alusta lähtien aikaansaada rakenteita, joilla on oleellisesti parempi kestävyys ja vastustuskyky korroosiota vastaan kuin aikaisemmilla rakenteilla.

Keksintöä kuvataan seikkaperäisesti seuraavien piirrosten yhteydessä, kuviossa 1 leikkaus paikoitustasosta, 2 80874 kuviossa 2 leikkaus paikoitustasosta, jossa suojakerros on tehty keksinnön mukaisesta kuonasementtibetonista, kuvioissa 3a-e erilaisia keksinnön mukaisesti suojattuja betonirakenteita, kuviossa 4 suolanpoisto ilmattomassa betonissa, kuviossa 5 suolanpoisto betonista, joka sisältää 4,2-4,5 % ilmaa, kuviossa 6 leikkaus vahingoittuneesta siltapilarista, ja kuviossa 7 leikkaus vahingoittuneesta keksinnön mukaisesti päällevaletusta siltapilarista.

Kuonasementtibetonilla, joka perustuu kuonasementtiin, jossa on 65 paino-% jauhettua, granuloitua masuunikuonaa, on erittäin suuri kloridia absorboiva kyky, jolloin efektiivinen diffuusiokerroin kloridille tulee merkittävästi pienemmäksi kuin Portland-sementtibetonille samalla vesisementti-luvulla (vsl). Se on jopa alhaisempi kuin betonille, jossa on silikapölyä tai lentotuhkaa.

Keksinnölle on tunnusomaista, että käytetään 20-40 mm paksua kuonasementtibetonipäällystettä betonirakenteiden suojaamiseksi jäätymisen aiheuttamia vaurioita vastaan maantiesuolo-jen, erityisesti kloridipitoisten, tai meriveden läsnäollessa ja yleisbetoniin kokonaan valetun raudoituksen kloori-initioidun korroosion estämiseksi, joka kuonasementtibetoni sisältää sementtiä, jossa on 40-80 paino-% granuloitua ja jauhettua masuunikuonaa.

Nyt on määritetty klorididiffuusiokerroin erilaisia Port-land-sementin ja tiettyjen mineraalilisäyksien seoksia sisältävistä sideaineista valmistetuille sementtipastoille. Pastoja varastoitiin 65 vuorokautta kyllästetyssä Ca(0H)2-liuoksessa ennen koetta.

3 80874

Sementtilaji Deff x 10®, (cm^/s) vbl = 0,40 vbl = 0,60 100 % PC 2,08 9,98 95 % PC ) + 5 % FA 1,68 8,08 85 % PC*) + 15 % FA 1,25 8,19 65 % PC j + 35 % FA 0,30 2,45 90 % PC ) + 10 % S 3,02 12,22 35 % PC**) + 65 % MS 0,11 0,97 £ ) Sementin ominaispintaa on lisätty siten, että sille saadaan sama 28-vuorokausikestävyys kuin puhtaalle PC:lie. **) Sementillä on normaali ominaispinta.

Prosenttiluvut tarkoittavat painoprosentteja.

PC = standardi Portland-sementti FA = lentotuhka S = silikapöly MS = granuloitu jauhettu masuunikuona (kuonasementti).

V V V

vbl ------vast.-----vast.-----

PC+FA PC+S PC+MS

Silikapölyä sisältävän betonin diffuusiokertoimet ovat erittäin yllättävät.

Mittaukset klorididiffuusiosta ovat osoittaneet, että kun kuonapitoisuus lisääntyy, diffusiviteetti vähenee seuraavan yhtälön mukaisesti D = D0/(l+a*S6) jossa D0 on diffusiviteetti PC:lie, S on kuonapitoisuus ja a on vakio.

Päällystämällä suolalle alttiit rakenteet, esim. tiesiltojen kannet, reunapalkit, paikoitustasot, laiturien kannet, laituripilarit, siltapilarit jne. päälleruiskutetulla kuo-nasementtikerroksella, saadaan tehokas suoja kloridin tunkeutumista vastaan betoniraudoitukseen, huomattavasti tehokkaampi suoja kuin nyt käytetyillä mm. silaaneja sisältävillä 4 80874 hydrofobeilla, joiden pitkäaikaisvaikutus on vielä kokonaan selvittämättä. Betoniraudan suora valaminen kuonasementtibe-toniin ei kuitenkaan ole sopivaa, koska kuona sisältämänsä rikin ansiosta voi tietyissä tapauksissa vaikuttaa korro-doivasti rautaan. Tämän vuoksi betoniraudan ja kuonasement-tibetonin välillä tulee aina olla Portland-sementtinen välikerros. Kuviossa 1 esitetään paikoituskansi, jossa 200 mm paksussa betonivalussa 1, joka on puhdasta Portland-sementtiä, betonirauta 2 on 30 mm ylemmän betonipinnan alapuolella. Rakennebetonin vsl-arvon oletetaan olevan 0,40, ts. betoni on hyvin korkea-arvoista. Kloridikonsentraation on oletettu kannen yläpuolella olevan 100 g/1, joka todellakin on hyvin korkea, mutta vastaa kovaa maantiesuolausta. Vertailuna voidaan mainita, että Atlannin veden suolapitoisuus on 19 g/1. Kloridikonsentraation kynnysarvon raudoituksen korroosion aloittamiseksi oletetaan olevan 25 g/1 ja tämä konsentraatio saavutetaan, kun rakenteen ikä on t vuotta. Kloridiprofiili 3 muodostuu kuviossa osoitetunlai-seksi.

Aika t voidaan johtaa diffuusioyhtälöstä. Konsentraatiopo-tentiaali on 100-25 - = 0,75 100-0 mikä suhteellisessa syvyydessä 3/20 = 0,15 vastaa Fourierin lukua Fq = 0,01, ts.

Deff(cm2/s) t (s) F0 - -^5- = 0,01 20z (cm2)

Deff Portland-sementille on tämän mukaisesti 2,08.10"® cm2/s, ts. ajaksi t saadaan 0,01.202 t = - = 1,9.10® s = 6 vuotta 2,08.10"®

Jos myöskin alapinnan suolapitoisuuden oletetaan olevan sama, tulee ajasta suunnilleen yhtä pitkä.

Kuuden vuoden jatkuvan suolakuormituksen jälkeen pitäisi raudoituksen näin ollen alkaa ruostua.

5 80874

Ruotsalaisten betonimääräysten mukaan vsl-arvon kuitenkin sallitaan olevan 0,50. Diffuusiokertoimeksi tulee silloin noin 4,9.10-8 cm2/s (D = a.vslb). Ikä, jolloin korroosio alkaa, laskee noin 2,5 vuoteen. Nämä ajat täsmäävät hyvin niiden käytännön kokemuksien kanssa, joita on Portland-sementtiperustaisista betonirakenteista erittäin kloridipi-toisessa ympäristössä.

Kulunut aika, kun paikoituskansi on päällystetty noin 30 mm paksulla kuonasementtikerroksella, on osoitettu kuviossa 2. Korroosion alkamisaika pitenee huomattavasti alhaisen dif-fuusiokertoimen ansiosta. Uusi aika voidaan laskea täsmällisesti ratkaisemalla diffuusioyhtälö, mutta keskimääräinen arvio osoittaa, että yksinomaan aika kloridikonsentraatioon 25 g/1 kuonasementtibetonin ja rakennebetonin välisessä rajakerroksessa tulee olemaan noin 0,01.202/0,11.10-8 (s) = 115 vuotta.

Vielä pidempi aika kuluu tämän pitoisuuden saavuttamiseksi raudan pinnalla. 30 mm Portland-sementtikerroksen, jonka vsl = 0,40, pitäisi antaa noin 15 vuoden alkamisaika, mikä ilman kerrosta olisi 6 vuotta, ts. kerroksella on aikaa lisäävä vaikutus tässä tapauksessa.

Ainoastaan 20 mm:n kerroksella kuonasementtibetonia saadaan kuitenkin vähintään 60 vuoden alkamisaika.

Kuviossa 3 esitetään joitakin uudisrakennuksissa tai korjauksissa käytettäviä keksinnön sovellutuksia. Kuviossa 3a on sillan tai laiturin kannen leikkaus. Betonivalua 1 peittää pakkasenkestävä kuonasementtibetonikerros 4 ja ylinnä on tavanomainen asfalttipäällyste 5. Kuviossa 3b on paikoituskansi ilman asfalttipäällystettä ja kuviossa 3c on reuna-palkki. Kuvio 3d on kaaviokuvio betonista 1 valmistetusta siltapilarista, joka on päällystetty kuonasementtibetonilla vedenpinnan 6 ylä- ja alapuolelta. Vastaavalla tavalla 6 80874 maasillan pilari on suojattu tien pinnan 7 ylä- ja alapuolelta. Kaikissa näissä tapauksissa oletetaan, että betoni-raudat on sijoitettu kuonasementin sisäpuolella olevaan Portland-sementtibetoniin.

Suuri etu on sitä paitsi se, että kuonasementti kestää hyvin pakkasta maantiesuolan läsnäollessa. Suojaavan kerroksen levittäminen, esim. kuvioiden 3a ja 3b mukaisten levyjen pinnalle, ei myöskään tuota vaikeuksia. Tilanne muuttuu kuitenkin jos suojaava kerros on valettava esim. vanhemmissa rakenteissa oleville pystysuorille pinnoille, jossa suolapitoisuus alkaa nousta vaaralliselle tasolle, tai suojaamaan esim. korjattua sillan reunapalkkia. Täysin uusi muotorakenne on aikaavievä ja tulee kalliiksi. Ruiskubetoni on tässä hyvin käytännöllinen ratkaisu, mutta tavallisesta päälle ruiskutettavasta Portland-sementtibetonista ei tule tavallisesti suolaa ja pakkasta kestävää. On kuitenkin osoittautunut, että kuonasementtibetoni, jonka kuonapitoisuus on vähintään 65 %, myös ruiskuvalettuna on tyydyttävästi suolaa ja pakkasta kestävää.

Suolan ja pakkasen kestävyys määritetään siten, että be-tonisylinterin ylä- ja alapäistä sahatut levyt asetetaan sahauspinnoiltaan kosketukseen 3-prosenttisen natriumklori-diliuoksen kanssa, ja vuorokauden jakson aikana jäähdytetään aluksi 16 tunnin ajan +15 - -15 asteeseen ja sitten lämmitetään uudelleen 8 tunnin ajan +15 asteeseen. Muutaman tällaisen vuorokausikierron jälkeen määritetään kuluminen kiloina neliömetriä kohti tai millimetreinä kulumissyvyyttä. Koes-tusmenetelmä on kuvattu yksityiskohtaisesti ruotsalaisessa standardissa SS 127 225.

Kuvioissa 4 ja 5 esitetään tulokset ilmaa sisältämättömälle betonille suoritetuista kokeista ja vastaavasti betonille, joka sisältää 4,2-4,5 % ilmaa. Sementtien kuonapitoisuudet olivat 0, 15, 40 ja 65 %.

7 80874

Sementit, joissa oli 65 % kuonaa, kestivät pakkasta selvästi parhaiten. Puhtaasta Portland-sementistä valmistetut betonit sekä betonit, joissa oli 15 % kuonaa eikä lainkaan ilmaa, sitä vastoin tuhoituivat jo 2-3 kierron jälkeen. Sekoittamalla 4,2-4,5 % ilmaa, paranee pakkasenkestävyys, ja betoni, jossa on puhdasta Portland-sementtiä tai sementtiä, jossa on 15 % kuonaa, kestää tällöin vain noin 15 vuoro-kausikiertoa. Betoneissa, joissa sementtien kuonapitoisuus on suurempi, on pikku vaurioita 25-30 kierron jälkeen.

Ruiskubetonissa on käytännössä hyvin vaikea hyödyntää ilman-lisäystekniikkaa. Tavanomaiseen sementtiin perustuvassa ruiskubetonissa ilmamäärät jäävät liian pieniksi, jotta betoni tulisi pakkasenkestäväksi suolaisessa ympäristössä. Suuren kuonpitoisuuden omaavalla kuonasementillä on se etu, että se kestää voimakastakin suolarasitusta ilman, että betoniin lisätään ylimääräistä ilmaa.

Jo vaurioitunut tai kloridivaikutuksen alaiseksi joutunut betoni korjataan myös edullisesti valamalla päälle betonia, jossa on runsaasti kuonaa sisältävää sementtiä. Kuviossa 6 on syöpynyt siltapilari ja kuviossa 7 sama pilari joitakin vuosia sen jälkeen kun sen päälle on valettu kuonasementti-betonia. Kuvaajasta 3, kloridipitoisuus, nähdään miten parannus tapahtuu ja kuinka betonirautojen 2 kloridipitoisuus laskee päällevalun arvosta Cg alempaan arvoon Cj_, joka on betonirautojen korroosion kynnysarvon T alapuolella. Cu tarkoittaa ympäristön kloridipitoisuutta. Aikaisempi kar-bonaattivyöhyke 8 pysähtyy ja pysyy muuttumattomana, mutta uusi karbonaattirintama 9 muodostuu päällevalettaessa. Samalla viivästyy myös korroosion käynnistyminen, jonka aiheuttaa karbonaatin muodostumisesta johtuva betonin pH:n aleneminen.

Claims (2)

8 80874 1. 20-40 mm paksun kuonasementtibetonipäällysteen käyttö betonirakenteiden suojaamiseksi jäätymisen aiheuttamia vaurioita vastaan maantiesuolojen, erityisesti kloridipi-toisten, tai meriveden läsnäollessa ja yleisbetoniin kokonaan valetun raudoituksen kloori-initioidun korroosion estämiseksi, joka kuonasementtibetoni sisältää sementtiä, jossa on 40-80 paino-% granuloitua ja jauhettua masuunikuo-naa. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että kuonasementtibetonin vesipitoisuuden ja sementtipi-toisuuden suhde on alle 0,50.

1. Användning av en 20-40 mm tjock beläggning av slagg-cementbetong innehällande ett cement med mellan 40 och 80 vikt-% granulerad och mald masugnsslagg för att skydda betongkonstruktioner mot skador förorsakade av frysning i närvaro av tösalter, speciellt kloridbaserade, eller havs-vatten, och förhindra klorinitierad korrosion av den i vanlig betong helt ingjutna armeringen.

2. Användning enligt patentkravet 1, kännetecknad av att slaggcementbetongen har ett förhällande mellan vattenhalt och cementhalt understigande 0,50.