Time-dependent deformations of ultra high performance concretes and hybrid structures

Abstract

Diplomityössä tutkittiin kolmen koostumukseltaan erilaisen erikoislujan betonin kutistumista ja virumista sekä niiden käyttöä hybridirakenteissa. Hybridirakennekokeissa selvitettiin samaan palkkiin valettujen erikoislujan ja tavanomaisen betonikerroksen välisen sauman kestävyyttä leikkaus- ja taivutuslujuuskokeilla. Lisäksi tehtiin suppea tutkimus erikoislujien betonien pistekuormankestävyydestä. Työ on osa Teknillisen korkeakoulun Rakennusmateriaalitekniikan laboratorion erikoislujia betoneita käsittelevää tutkimusta.

Diplomityö koostuu kirjallisuustutkimuksesta ja kokeellisesta osasta. Kirjallisuustutkimuksessa on tarkasteltu erikoislujan betonin koostumusta, ominaisuuksia ja käyttömahdollisuuksia sekä betonin kutistumis- ja virumisominaisuuksia.

Kokeellisessa osassa tutkitut betonit olivat työstettävyydeltään itsetiivistyvien betonien kaltaisia (T50-aika 4,5-8,2 s ja leviämä 700-880 mm) Niiden 28 vuorokauden lujuus oli 125-200 MPa. Betoneihin käytetyt materiaalit olivat hiekka, kvartsijauhe, sementti, mikrosilika, vesi ja polykarboksylaattipohjainen notkistin, joiden lisäksi yhteen betoneista lisättiin sisäistä kutistumista rajoittavaa polymeeriä. Kaikissa kokeissa puolet koekappaleista lämpökäsiteltiin 90°C:n vesihöyryssä 48 tunnin ajan. Lämpökäsittely paransi betonien lujuutta huomattavasti.

Kutistuma- ja virumakokeet tehtiin sekä 65 % että 85 % suhteellisessa kosteuspitoisuudessa ja 20 °C:n lämpötilassa. Muodonmuutoksia seurattiin vuoden ajan. Tulokset osoittivat, että kutistumisessa ja virumisessa eri betonien välillä ei ollut juurikaan eroa. Sen sijaan lämpökäsittelyn vaikutus näkyi molemmissa kokeissa joka betonilla. Koekappaleet kutistuivat voimakkaasti lämpökäsittelyn aikana, jonka jälkeen kutistuminen tasoittui. Lämpökäsittelemättömät kappaleet kutistuivat vähemmän ja hitaammin. Sen sijaan virumista lämpökäsittely vähensi huomattavasti, vaikkakin lämpökäsitellyt kappaleet saavuttivat loppuvirumansa varhaisemmassa vaiheessa kuin lämpökäsittelemättömät.

Hybridirakennekokeissa tutkittiin kolmea erilaista palkkityyppiä, joista yhtä voitaisiin nimittää myös pilariksi. Lisäksi yhden palkkityypin eri kerrosten kutistumista seurattiin koestukseen saakka. Taivutus- ja leikkauslujuuskokeet suoritettiin 28 d:n iässä. Betonikerrosten kutistumissa oli suuri ero, mutta koekappaleissa ei tapahtunut halkeilua ennen koestusta. Lujuudet osoittautuivat vähintään yhtä hyviksi, kuin vastaavankokoisilla normaalibetonipalkeilla, ja usein paljon paremmiksikin. Erikoislujan ja tavanomaisen betonin yhdistäminen voisi olla eduksi rakenteissa, joissa erikoislujaa betonia voidaan käyttää johonkin yksittäiseen rakenneosaan ja näin parantaa kyseisen kohdan lujuusominaisuuksia sekä pienentää rakennekokoa.