Betoonisegu katsetamine labori töö nr5 (0)

 
 
 
 
 
 
 
  TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL    Ehitusmaterjalid  Laboratoorne töö nr 5  2020/2021  Betoonisegu katsetamine  Rühm: EAEI31                                          24. November 2020 


2      Sisukord    
1.   Töö eesmärk ............................................................................................................................ 3  2.   Kasutatud materjalid ................................................................................................................ 3  3.   Katsemetoodika ....................................................................................................................... 3  3.1.   Betoonisega valmistamine................................................................................................ 3   3.2.   Valemid ............................................................................................................................ 4   4.   Katse tulemused ....................................................................................................................... 5  5.   Graafikud ................................................................................................................................. 6  6.   Järeldus .................................................................................................................................... 7  7.   Kasutatud materjalid ................................................................................................................ 9   


3      1.  TÖÖ EESMÄRK  Antud töö eesmärk on uurida erinevate keskkonnatingimuste mõju kivistunud betooni 
survetugevusele ja tihedusele.  2.  KASUTATUD MATERJALID  •  Tsement CEM I 42,5 (ehitustsement).  •  ”Kiiu” karjääri looduslik liiv.  •  Paekivi killustik fraktsiooniga 4/16.  •  Vesi.  3.  KATSEMETOODIKA  3.1.  Betoonisega valmistamine  Esialgu valiti betoonisegu koostis. Valituks osutus tabelist 1 segu number 2. Kaalutakse vajalik 
kogus tsementi, liiva, killustikku ja vett. Niisutatud nõusse puistatakse vjaminev kogus liiva ning 
killustikku  ja  alustatkse  segamisega.  Samaaegselt  lisatakse  juurde  kaalutud  tsement  ning 
jätkatakse segamist. Seejärel lisatakse vett ning segatakse segu ühtlaseks massiks.  Järgnevalt hakatakse katsetama segu konsistentsi. Seda määratakse koonused vajumi järgi. Esialgu 
niisutatakse  metallplaadile  asetatud  niinimetatud  Abramsi  koonus.  Koonus  täidetakse 
betooniseguga. Segu valamisel toimuvad pausid, kus betoonisegu tihendatakse metallvardaga. Kui 
koonus  on  täidetud,  silutakse  see  kelluga.  Järgnevalt  tõstetakse  koonusekujuline  vorm 
ettevaatlikult üles. Mõõdetakse betoonisegu vajum, millest oleneb segu konsistents.   Järgnevalt täidetakse betoonisegu vormidesse mille mõõtmed on 100*100*100 mm. Betoonisegu 
vorme tihendatakse vibrolaual. Kui segu pinnale tekib tseementtaigna taoline kiht, tähendab see 
seda,  et  õhumullid  on  eraldunud  ning  segu  tihendatud.  Üleliigne  segu  eemaldatakse  võrmi 
ülemiselt pinnalt kelluga.  Pärast  ööpäeva  seismist,  vabastatakse  katsekehad  vormist  ning  katsekehade  kivistumine  jätkub  
kapis vee kohal temperatuuril 20 ± 2°C (normaaltingimus) ja 605°C (kuiv keskkond) või -185°C 
(külm keskkond).  Betoonisegu kuubikuid hakatakse katsetama vähemalt 28 päeva möödudes. Kuubikud mõõdetakse 
ja  kaalutakse  ning  määratakse  katsekehade  tihedus  valemiga  1.  Järgnevalt  katsetatakse 


4    survetugevust.  Koormamise  kiirus  hoitakse  stabiilsena  umbes  0,6    0,2  N/(mm2s)  kuni  kuubi 
purunemiseni.  Määratakse  purustav  jõud.  Teades  purustavat  jõudu  ning  katsekeha  ristlõike 
pindala, arvutatakse välja betooni survetugevus valemiga 2 (N/mm2).  3.2.  Valemid  Tiheduse määramine:  ρ = mõ mõ−mv ∗ ρv  [kg/m³]                                                       (1)  •  ρ – betooni tihedus [kg/m³]                                                        
•  m õ – betooni mass õhus [kg]  •  m v – betooni mass vees [kg]  •  ρ v – vedeliku tihedus [kg/m ³]                                                           Survetugevuse määrmine:  𝑓𝑠 = 𝑃 𝑎∗𝑏  * k, [N/mm²]                                                                  (2)  •  P - purustav jõud [N]  •  a, b - ristlõike mõõtmed [mm]  •  k - paranduskoefitsient [0,95]           


5    4.  KATSE TULEMUSED  Tabel 1. Betoonisegu koostis. 
  Komponendid  Segu nr. 1 
kg/m3  kg/8l  Tsement  309  2,472  Liiv  654  5,232  Killustik 4-16  1197  9,576  Vesitsementtegur  0,65  Vesi  200  1,6    Tabel 2. Survetugevuse määramine.  Kivis- tamise  kesk- kond  Prk. mass [g]  Tihedus  [kg/m ³]  Surve- pind  [cm²]   Purustav jõud  survel  Survetugevus  [N/mm²]  Keskmine  [N/mm²]  Õhus  Vees  [kN]  20 C  2396.1  1409.7  2429  100  348.5  33.1  34.0  2385.2  1404.6  2432  357.5  34.0  2405.5  1419.6  2440  366.6  34.8  60 C  2253.9  1271.8  2295  295.8  28.1  28.2  2284.6  1292.6  2303  296.5  28.2  2318.6  1321.4  2325  298.9  28.4  20 C  2430.1  1438.2  2450  343.3  32.6  33.2  2436.6  1439.8  2444  358.3  34.0  2410  1426.4  2450  347.7  33.0  -18 C  2321.8  1334.7  2352  175.2  16.6  17.7  2333.2  1338.2  2345  190.7  18.1  2354.6  1355.8  2357  194.3  18.5         


6    5.  GRAAFIKUD  Graafik 1. Survetugevus olenevalt betooni tihedusest.      Graafik 2.  Betooni kivistumikeskkonna mõju purustavale jõule.    28.1 28.2 28.4 18.1 16.6 18.5 33.1 34 34.834 32.6 33 0 5 10 15 20 25 30 35 40 2280 2300 2320 2340 2360 2380 2400 2420 2440 2460 Su rv etu ge vu s  [N /m m ³] Tihedus [kg/m³] 348. 5 295. 8 343. 3 175. 2 357. 5 296. 5 358. 3 190. 7 366. 6 298. 9 347. 7 194. 3 2 0 6 0 2 0 - 1 8 PUR US TA V  JÕ UD  [N ] KIVISTUMISKESKKOND [˚C] 


7    6.  JÄRELDUS  Betoon on tsemendi, täitematerjali ja vee segu, mis omavahelise reaktsiooni tulemusena kivistub  kivilaadseks  materjaliks.  Antud  praktikumi  raames  uurisimegi  betoonisegu  tugevust  28  päeva  möödudes.  Esialgu tegime valmis betooni segu. Betoonisegu all mõeldakse koostisosade kivinemata segu, mis  on veel paigaldatav ja tihendatav. Antud praktikumi raames kasutasime koostisosadeks tsementi,  liiva, killustikku ja vett.  Tsemendi  kui  sideaine  ja  vee  suhet  betoonisegus  nimetatakse  vesi-tsementteguriks.  Selleks,  et  betoon peaks hästi vastu madalal temperatuuril, päikese ja vihma käes, peaks vesi-tsementtegur  olema  seda  madalam,  mida  karmimad  on  betooni  kasutamise  tingimused.  Samuti  oleneb  vesi- tsementtegurist värske betooni töödeldavus. Seda hinnatakse vajumikatse meetodi abil. Sedasama  meetodit  kasutasime  ka  antud  laboratoorses  töös.  Vajumi  määramiseks  mõõdetakse  ära  vormi  kõrguse  ja  vajunud  katsekeha  kõrgeima  punkti  vahe.  Vajumi  suuruse  alusel  jaotatakse  betoonisegud vajumiklassidesse (S1: 10–40 mm, S2: 50–90 mm, S3: 100–150 mm, S4: 160–210  mm). Katsetatud betooni töödeldavuse määramisel saime koonuse vajumiks 140 mm, seega kuulub  betoon S3 vajumisklassi ning on tavaliselt töödeldav.  Betoonisegu veevajadus sõtlub ka tsemendi liigist, täitematerjalide terade koostisest ja suurusest.  Sellest järelduvalt võib betooni tugevdada vesi-tsementteguri vähendamise teel. Kas suurendades  tsemendi  kogust  olla  või  vähendada  veehulka.  Tsemendi  koguse  suurendamine  võib  olla  aga  rahaliselt märkimisväärselt kallim. Samuti oleneb tsemendist ka betooni kahanemine. Tsemendi  suur hulk segus tekitab suuremaid kahanemisi kuivamisel. Sellise olukorra vältimiseks lisatakse  betoonisegusse täitematerjali.     Jämedad (killustik) ja peened (liiv) täitematerjalid moodustavad betooni skeleti, mille seob kokku  moodustuv tsementkivi. Täitematerjalide oluliseks tingimuseks on puhtus. Näiteks ei tohiks liiv  sisaldada  huumust,  kuna  see  halvendab  tsemendi  kivinemist.  Samuti  ei  tohiks  täitematerjalid  sisaldada liigset tolmu või savi, kuna kivinev tsement ei pruugi nakkuda tera pinnale, mis on juba  tugevalt kokkupuutes saviga. Täitematerjalide terade suurus, terastikuline koostis, terade kuju ja  terade pinnakaredus mõjutavad betooni tugevust. Eelnevalt mainituna, oleks tsemendi kasutamine  ilma täitematerjalideta väga kallis ning sideainekivi kasutamine tekitaks suuremaid pragunemisi. 


8    Tuleb silmas pidada, et täitematerjalide koguse valimisiel tuleks siiski olla ettevaatlik, et tagada  olukord, kus täitematerjalide terade ning minimaalse tsemendi ja vee segu kogus täidaks siduvat  funktsiooni.  Tihedus  iseloomustab  betooni  omadusi  üldisemalt,  määrates  ära  betooni  kasutusala  ja  otstarbe.  Katsetatud  betooni katsekehade tihedus  jäi  vahemikku  2295  - 2450   kg/m 3, kirjandusliku allika  väitel on tegemis normaalbetooniga, kus tihedus jääb 2000 – 2600 kg/m 3  vahemikku.   Katsetulemuste  põhjal  on  näha,  et  kivistumiskeskkond  ei  mõjuta  märkimisväärselt  katsekehade  tihedust.  Madalaim  tihedus  on  kuivas  keskkonnas  kivistunud  katsekehadel,  mille  põhjustab  katsekehadest  eralduv  niiskus.  Erineva  tihedusega  betooni  saamiseks  tuleb  kasutada  erineva  tihedusega  täitematerjale  (näiteks  väiksema  tihedusega  betooni  saamiseks  täitematerjaliks  kergkruus). Samas kivistumiskeskkonna mõju survetugevusele on märkimisväärne.  Betoonisegu  tugevus  saavutatakse  kivistumise  teel.  Kuna  betooni  kivistumise  kiirus  on  väga  aeglane, hakkasime betooni katsetama alles 28 päeva möödudes, mil enamus tugevusest on käes,  kuid tugevnemine toimub ajas veelgi. Laboratoorses töös selgus, et suurima survetugevusega (34,0  N/mm 2)  katsekehad  kivistusid  20  kraadises  keskkonnas  28  päeva.  Väikseima  survetugevusega  (17,7 N/mm 2) katsekehad kivistusid külmas keskkonnas 28 päeva. Betooni kivistumine aeglustub,  kui  temperatuur  normaalsest  temperatuurist  madalam.  Mõni  kraad  allpool  0º  C  kivistumine  praktiliselt katkeb. Mida varem betoon läbi külmub, seda suuremad on tema struktuuri kahjustused  ja  betooni  omadused  muutuvad  halvemaks  (survetugevus  väheneb).  Keskmise  survetugevusega  (28,2 N/mm 2) katsekehad kivistusid kuivas keskkonnas 28 päeva. Väheniiskes keskkonnas aurub  betoonist sedavõrd palju vett, et järelejäävast ei piisa tsemendi täielikuks hüdratatsiooniks. Kuigi  kuivas  õhus  on  betooni  tugevus  kivistumise  algperioodil  suurema  tahkete  hüdratatsiooniproduktide sisalduse ja suurema pehmenemiskoefitsendi tõttu  mõnevõrra suurem,  on tugevuse kasv edasisel kivistumisel aeglasem ning betooni lõpptugevus jääb ikka väiksemaks.  Samas väheneb ka betoonisegu töödeldavuse kiirus ja kuivamiskahanemisest võivad tekkida praod  kivistunud betoonile.       


9    7.  KÜSIMUSED  Millised on betooni põhilised omadused?  •  Poorsus  –  vähendada  tihedust  ja  suurendada  külmakindlust.  Kapillaarpoorsus  aga  vähendab  betooni  püsivust  ja  külmakindlust,  selle  teket  aitab  vältida  tsemendi  ja  täitematerjalide valik, veehulga vähendamine segus,  paigaldus-  ja  kivistamistehnoloogia  ning mõningate lisandite kasutamine.  •  Tugevus  (surve-, tõmbe-, nakketugevus).  •  Deformatsiooniomadused (elastne deformatsioon, roome ja mahukahanemine).  •  Külmakindlus - määratakse massikaoga kindla arvu külmumis-sulamistsüklite läbimisel.  •  Tihedus - määrab ära betooni kasutusala ja otstarbe.    Mida mõistetakse betooni klassi all?  Klass määratakse kvaliteedinäitaja (näiteks tugevuse) teatud tõenäosusega garanteeritud suuruse  järgi.  Survetugevuse  põhjal  jaguneb  betoon  klassideks  (mida  tähistatakse  survetugevusklassi  tähisega C). Peale survetugevusklasside iseloomustavad betooni omadusi veel keskkonnaklassid,  konsistentsi e. töödeldavuse klassid ja vesitsementtegur.      8.  KASUTATUD MATERJALID  •  Raado,  L.-M.,  Liisma,  E.,  Tuisk,  T.,  &  Põldaru,  M.  (2020).  Ehitusmaterjalid,  Loengukonspekt.  •  https://www.betoon.ee/et/betooni-survetugevus-ja-klassid  •  https://dspace.emu.ee/xmlui/bitstream/handle/10492/4315/Sergei_Nazarenko  •  file:///C:/Users/Evelin/Downloads/betooni_klass_selle_moiste_ja_maaramine.pdf