BETONIN OPTISET TUTKIMUSMENETELMÄT
Betonilaborantti ja -myllärikurssi Jarkko Klami, Asiantuntija (FM) VTT Expert Services Oy
2 6.3.2018 2
Menetelmät
Useita eri menetelmiä ja optisia laitteita, riippuen mitä halutaan selvittää ja millainen näyte tutkittavana? Optisia tutkimusmenetelmiä mm. betonin tutkimukseen
Silmämääräinen tarkastelu Stereomikroskooppi (soveltuu mm. pintahieelle) Fluoresenssimikroskopointi (Ohuthie) Polarisaatiomikroskooppi, Ohuthie (Elektronimikroskooppi - SEM)
Näytteet yleensä ns. ohuthie- tai pintahiepreparaatteja
3 6.3.2018 3
Mihin optisia menetelmiä käytetään?
Betonin tutkimus ja tuotekehitys Laadunvalvonta, valmisbetoniasemat / elementit / työmaat
Yleinen rakenne, hydrataatioaste (valun ulkoiset olosuhteet), rakenne, huokosrakenne, kiviaineksen laatu, sideaine ja seosaineet, vesi-sideainesuhde, pinnoiteaineiden tunkeutumasyvyydet, haitalliset reaktiotuotteet…
Materiaaliselvitykset
Mistä betoni, laasti, rappaus on tehty (koostumus), kerrospaksuudet.
4 6.3.2018 4
Mihin optisia menetelmiä käytetään?
Kuntoselvitykset ja vaurioiden syyt Voidaan todeta mm. betonin kunto, säröilyn aste, kemiallisia
muutoksia ja esim. alkavaa vaurioitumista tai sen riskiä? Auttaa selvittämään vaurioitumiseen johtaneita syitä.
Esim. säärasitus, kemiallinen rasitus, mekaaninen rasitus alkalikiviainesreaktio, tulipalo, jne…
5 6.3.2018 5
Pintahie (PH)
Pintahieellä tarkoitetaan yleensä laboratoriossa valmistettua, hiottua ja kiillotettua tasopintaa. Voidaan valmistaa esim. kuutiosta tai poralieriöstä Tarkastelu stereo- ja/tai pintavalomikroskoopilla Valo heijastuu näytteen pinnasta. (Ohuthieessä
valo kulkee näytteen läpi).
+ preparaatti on nopea ja yksinkertainen valmistaa + iso tutkittava pinta-ala (rakennekoekappaleet) - pintahieen tarkkuus ja informaatiosisältö ohuthiettä
selvästi pienemmät
6 6.3.2018 6
Ohuthie (OH) Leike betonista, laastista, kivestä tai muusta kiinteästä ja
kiteisestä materiaalista. Betoniohuthieen koko esim. 30 x 50 mm. Koko voi hieman
vaihdella riippuen laboratoriosta. Paksuus yleensä noin 25 – 30 µm. Tarkoitus on, että valo kulkee
tutkittavan näytteen läpi. Manipuloimalla näytteen läpi kulkevaa valoa erilaisten polarisaattoreiden, linssien ja himmentimien avulla saadaan tietoa tutkittavan materiaalin (runkoaine, sideaine) rakenteesta ja koostumuksesta.
+ paljon tietoa koostumuksesta, rakenteesta, laadusta, hydrataatiosta… + hyvä tarkkuus ja mahdollista havaita pieniä partikkeleita - näytepreparaatin valmistus hidasta ja vaatii erityisosaamista - pieni näytteen pinta-ala (näytteen edustavuus?)
7 6.3.2018 7
Ohuthiepreparaatin valmistus
Monivaiheinen prosessi, jossa noin parikymmentä erilaista työvaihetta. Sahausta, impregnointia, hiontaa, puhdistusta ja liimausta. Hyvän preparaatin valmistuksen kesto
näytteestä riippuen tavallisesti noin 1,5 – 2 viikkoa. Valmistus vaatii erikoislaitteita, harjoitusta ja
kokemusta. Vain tekemällä voi oppia!
8 6.3.2018 8
Ohuthietutkimus
Betonin petrografia / ohuthietutkimus Tutkimus tapahtuu
polarisaatiomikroskoopilla, jossa on tyypillisesti myös fluoresenssivalon käyttömahdollisuus. Voidaan tutkia jotain tiettyä asiaa (esim.
huokosjako) tai tehdä yleinen kunto/rakenne/koostumus selvitys. Yleisenä pohjana tutkimuksille toimii mm.
standardi ASTM C856
9 6.3.2018 9
Tyypillisiä tutkittavia tekijöitä (OH)
Betonin runkoaine Mineraalien ja kivilajien tunnistus. Niiden rapautuminen ja esim.
mahdolliset mineralogiset muuttumistulokset sekä haitalliset mineraalit. Koko ja muoto (merkitystä mm. betonin huokostuksen onnistumiseen) Jakautuminen ja orientaatio (vaikuttaa mm. betonin lujuuteen) Huokoisuus ja säröt (vaikuttaa mm. betonin lujuuteen) Tartunta sideaineen välillä (vaikuttaa mm. betonin lujuuteen) Huokosten kerääntyminen runkoainekappaleiden pinnoille
(kiillemineraalit voivat kerätä suojahuokosia)
10 6.3.2018 10
Tyypillisiä tutkittavia tekijöitä (OH)
Betonin sideaine Koostumus ja mahdolliset seosaineet Hydrataatioaste Vesi-sideainesuhde Huokoisuus (mm. huokosjako) Karbonatisoituminen (vaikuttaa mm. teräskorroosioon)
Betoni yleisesti Säröily ja sen syy (kuivumiskutistuminen, pakkasrapautuminen,
valutekniikasta johtuvat säröilyt, autogeeninen säröily, tulipalo, alkalikiviainesreaktio…)
Muuttuminen (esim. reaktiotuotteet, tulipalo, kemiallinen rasitus) Teräkset ja niiden korroosio Betoniin kuulumattomat ainekset?
11 6.3.2018 11
Betonin huokosjako (huokosanalyysi)
VTT-TEST-R003-00-2010 Huokosjako Kovettuneen betonin ilmahuokosparametrien määrittäminen
Betonin suuntaa-antava kokonaisilmamäärä Suojahuokosten (Ø = 0,02 – 0,8 mm) ilmamäärä Betonin suojahuokosten ominaispinta-ala Suojahuokosten huokosjako
Huokosjaon tulos määrittelee betonin pakkasenkestävyyden
suunnitellun käyttöiän ja rasitusluokan, XF1 – XF4 mukaan. By 65 Betoninormit 2016, taulukko L4.3, s. 158.
Huokosjako ilmaisee laskennallisen arvon suurimmalle etäisyydelle
sementtipastan mistä tahansa pisteestä lähimmän suojahuokosen pinnalle, yksikkönä mm.
12 6.3.2018 12
Betonin huokosjako / huokosanalyysi
Huokosanalyysi tehdään betonin ohuthiepreparaateista polarisaatiomikroskoopilla (myös mahdollista pintahieestä?) Analyysilaitteistolla luodaan ”kuvitteellinen”
pisteverkko sekä analyysiviiva. Lasketaan pisteisiin sekä analyysiviivalle osuvat huokoset, runkoainerakeet ja sementtipasta. Vähintään 1500 pistettä Analyysiviivan pituus min. 2300 mm Analysoitava pinta-ala min. 3000 mm2
13 6.3.2018 13
Yleiskuva betonin ohuthieestä
runkoaine
sementtipastaa
ilmahuokoset
14 6.3.2018
Tavanomainen huokosrakenne
• Huokosjako L ≈ 0,20 mm
• Suojahuokoset n. 2,5 til-%
• Kokonaisilma n. (3 til-%)
kiviaines
sementtipasta
huokoset
15 6.3.2018 15
Huokosjako L ≈ 0,10 mm Suojahuokoset n. 8 - 10 til-% Kokonaisilma n. (11 - 12 til-%) Betonin tiheys n. 2000 kg/m3
Runsaasti pieniä ja pyöreitä suojahuokosia
16 6.3.2018 16
Huokoset jakautuneet epätasaisesti
17 6.3.2018 17
Isot huokoset kerääntyvät runkoainekappaleiden alle (huono huokostus)
18 6.3.2018 18
Kymmenien suojahuokosten muodostama rypäs
19 6.3.2018 19
Runsasta säröilyä
20 6.3.2018 20
Alkalikiviainesreaktion aiheuttamaa säröilyä
21 6.3.2018 21
Ettringiittikiteytymän lähes kokonaan täyttämä ilmahuokonen
22 6.3.2018 22
Runkoainekappale (myloniitti), joka on alkalikiviainesreaktiivinen
PALVELUJA HUOMISEN MENESTYKSEEN
www.vttexpertservices.fi