Segregation analysis of concrete structures

Thumbnail Image

Files

master_Andersson_Mikael_2024.pdf (2.81 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Engineering | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2024-10-04

Department

Major/Subject

Building Technology

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Building Technology

Language

en

Pages

49

Series

Abstract

This master's thesis investigates the phenomenon of segregation in concrete structures. Segregation, the non-uniform distribution of concrete components, can significantly impact the quality and durability of concrete structures. Segregation of components creates density differences in the concrete leading to variation of strength properties in the concrete. This research is primarily interested in aggregate segregation in normally vibrated concrete (NVC) and Self-compacting concrete (SCC), where aggregates separate from the cement paste by settling down in the mix. Used test methods also provide information about air segregation in the concrete and help to investigate the cement and aggregate shares at different depths of the examined concrete cores. Segregation can be attributed to excessive compaction of concrete, improper mix properties, and wrong handling and placement methods, with compaction being the most relevant in the case of NVC. According to previous studies conducted at Aalto University, highly workable air-entrained NVC is more sensitive to segregation. Similar problems have been observed in actual concrete structures in Germany where wall structures showed excessive separation of coarse aggregates from the mortar, resulting in a significant reduction in strength and durability of the structure. The primary focus of this research is to examine segregation in drilled cores from concrete structures. Additionally, the study evaluates the suitability and credibility of previously defined limits and methods used to assess segregation. Density measurements, Capillary suction (CS), and Pressure saturation (PS) tests were used to investigate segregation. Nine concrete cores were drilled from two different concrete structures, a bridge deck, and a precast structure, then sawn into smaller samples and thoroughly examined. The Segregation Index (SIDEN) based on density deviation was found to be an effective tool for evaluating segregation levels. SCC used in precast elements exhibited significantly less deviation in densities than the NVC used in bridge decks. Overall, the investigated cores from the precast elements showed less segregation than the bridge deck cores. The dried segregation index showed higher variation in densities in both precast and bridge deck cores. Cement and aggregate shares in the concrete cores did not show fluctuations, excluding one bridge deck core.

Tämä diplomityö tutkii betonin erottumista tavallisissa betonirakenteissa. Tässä työssä betonin erottuminen viittaa pääasiassa betonin runkoaineen erottumiseen sementtipastasta tiivistettävissä sekä itsetiivistyvissä betoneissa, joissa runkoaine pyrkii laskeutumaan alaspäin. Betonin raaka-aineiden epätasainen jakautuminen voi johtaa ongelmiin betonin lujuusominaisuuksissa sekä säilyvyydessä. Raaka-aineiden epätasainen jakautuminen aiheuttaa tiheyseroja betonissa, millä on suora yhteys betonin lujuus- ja myös mahdollisesti säilyvyysominaisuuksien vaihteluun. Käytettävät tutkimusmenetelmät antavat myös tietoa ilman erottumisesta koekappaleissa sekä miten sementtipasta ja runkoaine jakaantuvat. Erottumisen syitä ovat esimerkiksi liiallinen betonin täryttäminen, huono betoniresepti, tai betonin väärät käsittelytoimet työmaalla. Betonin liiallinen tärytys on yleisin syy erottumiselle tiivistettävissä betoneissa. Aalto-yliopiston aiempien tutkimusten mukaan etenkin notkeilla, huokostetuilla ja tiivistettävillä betoneilla on havaittu erottumista. Vastaavanlaisia huomioita on tehty Saksassa, missä todettiin useissa seinärakenteissa laajaa karkean kiviaineksen erottumista sementtipastasta, mikä johti huomattaviin lujuuden alittamisarvoihin sekä puutteelliseen säilyvyyteen. Tutkimuksen ensisijainen tavoite on tarkastella, kuinka yleistä erottuminen on tavanomaisissa betonirakenteissa. Lisäksi tutkimus arvioi aiemmin määriteltyjen rajojen ja menetelmien soveltuvuutta ja luotettavuutta erottumisen arvioinnissa. Erottumisen tutkimuksessa käytetyt testimenetelmät olivat tiheyteen perustuva erottumisen indeksi sekä kapillaarinen vedelläimu/painekyllästystesti. Yhdeksän betonilieriötä porattiin kahdesta erillisestä betonirakenteesta, jonka jälkeen lieriöt sahattiin pienemmiksi koekappaleiksi testiosuutta varten. Tiheyspoikkeamaan perustuva erottumisen indeksi (SIDEN) todettiin tehokkaaksi työkaluksi erottumistasojen arvioinnissa. Elementtivalmisteisen itsetiivistyvän betonin koekappaleet osoittivat merkittävästi vähemmän tiheyspoikkeamia verrattuna normaalisti tiivistettävään betoniin, jota käytettiin paikallavaletuissa koekappaleissa. Elementtirakenteen koekappaleet osoittivat pienempää erottumista kuin siltarakenteen koekappaleet. Uunikuivattujen koekappaleiden tiheyden vaihtelut olivat suurempia kuin ei-kuivattujen. Sementtipastan sekä runkoaineksen jakaantuminen oli tasaista koekappaleissa, lukuun ottamatta yhtä siltarakenteen koekappaletta.

Description

Supervisor

Punkki, Jouni

Thesis advisor

Sayed Ahmed, Hassan

Keywords

concrete, segregation, porosity, density deviation, cement, aggregates

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202412107649

Collections

[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG