Myös notkeat betonimassat vaativat huolellisen tiivistämisen

Tuore tutkimusprojekti korostaa betonin tiivistämisen tärkeyttä, myös notkeiden betonien osalta. Huokostetuilla betoneilla liiallinen tiivistäminen voi aiheuttaa erottumista.

Aalto-yliopistossa valmistuneen Good-vibrations-tutkimusprojektin tavoitteena oli selvittää betonin koostumuksen vaikutusta betonin tiivistyvyyteen. Professori Jouni Punkin johdolla tehdyn tutkimuksen taustalla oli havainnot, että koerakenteista porattujen betonikoekappaleiden tiheydet ja lujuudet olivat laboratoriokoekappaleita alemmalla tasolla. Ongelma liittyi erityisesti betoneihin, joiden vesisementtisuhde oli luokkaa 0,40 ja notkistinannostukset suuria.

Kirjallisuustutkimuksen yhteydessä havaittiin, että uudempaa tutkimustietoa betonin tiivistämisestä on hyvin rajallisesti saatavilla, vaikka aihetta onkin aiemmin tutkittu paljon. Itsetiivistyvien betonien yleistyminen markkinoilla lienee syynä tutkimusinnon loppumiseen.

Kirjallisuustutkimuksen mukaan betonin riittävä tiivistäminen on tärkeä osa betonin valmistusprosessia. Betonille asetetut vaatimukset lujuuden, tiheyden, säilyvyyden, raudoituksen tartunnan sekä ulkonäön suhteen voidaan saavuttaa ainoastaan tiivistämällä betoni hyvin.

Tiivistäminen parantaa lujuutta

Muottiin valetussa tiivistämättömässä betonissa voi olla jopa 20 prosenttia tiivistysilmaa. Tiivistäminen parantaa siten merkittävästi betonin lujuutta poistamalla ylimääräisen ilman betonista. Jos tiivistyshuokosten määrä on 10 prosenttia, puristuslujuus voi jäädä puoleen hyvin tiivistettyyn betoniin verrattuna. Puutteellisen tiivistyksen vaikutus puristuslujuuteen voi olla vesi-sementtisuhteen vaikutusta suurempi.

Toisaalta tiivistämisajassa on otettava huomioon betonin täryttämiseen liittyvä erottumisriski, mikä johtuu massan osa-aineiden erilaisista tiheyksistä.

Tutkimuksen kokeellinen osuus koostui pääosin valmisbetoniaseman pihalla tehtävistä kokeista, joita täydennettiin työmaalla tehtävällä rakennekokeella. Koostumukseltaan ja notkeudeltaan erilaisia betoneita valettiin kevyesti raudoitettuun koemuottiin (kuva 1), ja betoni tiivistettiin käyttäen eri mittaisia tiivistysaikoja.

Mukana testeissä oli 19 erilaista betonia, jotka voidaan jakaa neljään pääluokkaan: P‐lukubetoneihin, huokostamattomiin betoneihin, SR-sementistä valmistettuun betoniin ja itsetiivistyvään betoniin.

Valut kuvattiin videokameroilla. Betonin tiivistymistä ja ilmakuplien nousunopeutta tarkkailtiin valun yläpuolelta sekä sivusta pleksilasin läpi (kuva 1).

Kuva 1. Rakenne (500 x 600 x 250 mm3) valettiin ­kahdessa kerroksessa ja tiivistettiin kolmesta kohtaa valukerrosta kohden. Valut kuvattiin videokameroilla. Betonin tiivistymistä ja ilmakuplien nousu­nopeutta tarkkailtiin valun yläpuolelta sekä sivusta pleksi­lasin läpi.

Koerakenteiden tiheys- ja lujuusanalyyseissa vertailuarvona käytettiin laboratoriokappaleista mitattua tiheyttä ja puristuslujuutta. Laboratoriossa tehtyjen koelieriöiden ja rakennekoekappaleiden lujuudet muutettiin vastaamaan by65:n mukaisia kuutiolujuuksia.

Kokeissa todettiin, että tiivistyksen avulla muotti saadaan helposti täyttymään. Sen sijaan kaiken tiivistysilman poistaminen betonista on haasteellista. Kokeissa rakenteeseen jäi normaaleilla tiivistysajoilla 1–4 prosenttia enemmän ilmaa kuin laboratoriokappaleisiin. Tämän voidaan arvioida vähentävän lujuutta noin 5–20 prosenttia.

Huokostettujen betonien tiiviysaste jäi hieman alhaisemmaksi kuin huokostamattomien betonien. Betonien notkeudella, vesi-sementtisuhteella  tai notkistinannostelulla ei ollut selvää vaikutusta tiivistysasteeseen (kuva 2).

Kuva 2. Koetulosten perusteella laadittu yksinkertaistettu malli betonin tiivistysasteelle tiivistysajan funktiona. Tiivistysaste = koerakenteen tiheys/laboratoriokoekappaleen tiheys (6 poralieriön keskiarvo/ 3 laboratoriolieriön keskiarvo).

Koska jäykempikin betoni täyttää muotin tiivistyksen avulla, voidaan rakenteeseen mahdollisesti jääneistä rotankoloista päätellä, ettei kyseistä kohtaa ole tärytetty tai betoni on alkanut sitoutua jo ennen tiivistämistä.

Jo projektin alussa havaittiin, että betonit voivat erottua tiivistettäessä. Tämä näkyi tiheyseroina koerakenteen ylä- ja alareunan välillä. Notkeilla (painumaluokka S4) ja huokostetuilla betoneilla erottumisriski on merkittävä, kun käytetään pidempiä tiivistysaikoja. Kuitenkin käytännön tärytysajoilla (≈ 200 s/m3) erottuminen jäi kohtuullisen pieneksi (kuva 3).

Kuva 3. Koetulosten perusteella tehty yksinkertaistettu malli betonin tiheyden keskihajonnalle tiivistysajan sekä betonin notkeusluokan funktiona.

Hieman yllättävää oli, että erottumisen vaikutus betonin puristuslujuuteen oli pieni. Erottuminen on kuitenkin merkittävä ongelma betonille, koska muodonmuutosominaisuudet voivat heikentyä merkittävästi erottumisen seurauksena.

Tulosten perusteella voidaan arvioida, että viime vuosina rakenteesta porattujen koekappaleiden tiheyksiä on osin tulkittu väärin. Alhaisen tiheyden on arvioitu johtuneen betonin kohonneesta ilmamäärästä, vaikka kyseessä on voinut olla myös erottumisesta aiheutunut tiheyden muutos.

Vaikka tiivistäminen todettiin projektissa varsin haastavaksi ja tutkittavaa vielä riittää, syntyi projektin tuloksena ohjeistus betonin tiivistämisestä tärysauvalla. Ohjeistus voidaan kiteyttää näin: Betoni tulee tiivistää huolellisesti, myös notkeat massat (ei IT-betoni). Varo erityisesti notkistettujen, huokostettujen massojen erottumista. Valitse riittävän suuri tärysauva. Rajoita valukerroksen paksuus 300 mm huokostetuilla massoilla ja 400 mm:n huokostamattomilla. Pidä tiivistysvälit tiheinä ja käytä lyhyitä tiivistysaikoja (max 6 s/kohta). Oikea tiivistysaika arvioidaan visuaalisesti.

Juttu on julkaistu kokonaisuudessaan Sementti-lehdessä 1/2019 (teksti: Satu Kosomaa).