Viden om SCC

Lars Nyholm Thrane

Jeg er din kontaktperson

Skriv til mig

Indtast venligst et validt navn
Eller dit telefonnummer
Sender besked
Tak for din besked
Vi beklager

På grund af en teknisk fejl kan din henvendelse desværre ikke modtages i øjeblikket. Du er velkommen til at skrive en mail til Send e-mail eller ringe til +45 72 20 22 15.

Viden om SCC

Andre metoder

Der findes andre metoder til registrering af SCCs flydeegenskaber, end de tidligere nævnte, men de er ikke særligt udbredte. Man kan dog fx støde på

  • U-boks – metoden minder om L-boksen, men kassen er formet som et U. De to halvdele er delt med et spjæld. Den ene halvdel fyldes med SCC. Når spjældet fjernes, flyder betonen ind i den anden halvdel. Når betonen atter er i ro, måles overfladens højde i de to halvdele. Højdeforskellen er et mål for SCCs flydeegenskaber.
  • V-tragt – en standardiseret tragt, hvor udløbstiden for SCC måles. Standard prEN 12350-9.
  • Sigterest til bestemmelse af separationstendens. Standard prEN 12350-11.

Arbejdsmiljø og produktivitet

Beskrivelse af vores resultater vedr. vibrationer, støj og produktivitet fra SCC-Konsortiets D1.

Arkitektur og beton

Fotosamling fra flotte betonbyggerier. Herunder specielt SCC og hvid beton.

BML-Viskosimeter

Et viskosimeter er en laboratorieopstilling, hvor der direkte måles på betonens reologiske egenskaber: flydespænding og viskositet. BML-viskosimeteret er det mest anvendte viskosimeter til beton i de skandinaviske lande. Det er både anvendeligt til konventionel beton og SCC. For traditionel beton er det som regel flydespændingen, der dominerer bearbejdeligheden, og derfor er det ikke helt så vigtigt at få information om begge parametre. Men for SCC er flydespændingen lavere, og derfor får viskositeten forholdsvis større betydning for, hvordan betonen flyder, og der er derfor behov for at kende begge parametre.

Ved brug af BML-viskosimeteret fyldes en beholder med 15 liter beton. En fortandet kerne nedsænkes i beholderen, og beholderen sættes i rotation. Herefter måles betonens kraftpåvirkning af kernen ved forskellige hastigheder. Målingerne kan omregnes til de rheologiske parametre.

Billedet viser målemetoden BML-viskosimeter til brug ved bestemmelse af SCCs flydeegenskaber
BML-viskosimeter

Metoden er relativt avanceret og udstyret dyrt. Derfor vil den næppe finde anvendelse udenfor forskningslaboratoriet.

Princippet for viskosimeteret kan imidlertid godt anvendes andre steder. Fx kan watt-meter målinger ved to forskellige hastigheder i en blander med variabel skovlhastighed efter passende kalibrering også give en indikation af betonens to reologiske parametre (flydespænding og viskositet). Dette kaldes en 2-parameter måling.

Flydemål

Flydemålet er baseret på metoden til bestemmelse af udbredelsesmål for konventionel beton, dog anvendes der en glat plade uden klap i stedet for et faldbord, jf. DS 2426:2004 anneks U.

Flydemål udført med omvendt sætmålskegle efter DS 2426, Anneks U.
Flydemål udført med omvendt sætmålskegle efter DS 2426, Anneks U.

En omvendt sætmålskegle fyldes med SCC, og når keglen løftes, måles udbredelsen af det frie horisontale flyd.

Flydemålet giver god information om SCCs flydeevne og bearbejdelighed samt i nogen grad om tendensen til separation. Det giver derimod ingen information om risikoen for blokering ved armering.

Fordelen ved flydemålet er, at udstyret er simpelt og selve målingen er nem at udføre både på betonfabrikken og på byggepladsen. Ulempen er, at bestemmelsen af flydemålet ligesom bestemmelsen af det traditionelle sætmål i nogen grad er afhængig af operatøren.

Flyveaske

Billede af Nordjyllandsværket

 

 

 



Flyveaske har samme finhed som cement, men er billigere end cement. Flyveaskens kugleformede partikler har en gunstig virkning på betonens flydeegenskaber.

Tilsætning af flyveaske kan påvirke betonens afbindingstid og styrkeudvikling. Flyveaske bidrager mindre til slutstyrken end cement. Forholdet mellem cement og flyveaske kan benyttes til at regulere styrken, som for en SCC ellers kan blive unødvendig høj til visse formål. Desuden vil styrkeudviklingen typisk forløbe lidt langsommere for en beton, hvor flyveaske erstatter en del af cementen, end i en beton med ren cement.

J-Ring

J-ringen består af en jernring med en diameter på 300 mm med påmonterede armeringsjern. En sætmålskegle placeres i midten af J-ringen og fyldes med SCC. Når keglen løftes som til flydemålsbestemmelse, flyder SCC ud gennem armeringsjernene.

Billedet viser brug af målemetoden J-ring til SCCs flydeegenskab
J-ring

J-ringen benyttes til at vurdere risikoen for blokering. Er forskellen mellem flydemålet med og uden J-ring mindre end 50 mm eller er højdeforskellen mellem beton indeni og udenfor J-ringen mindre end 5 mm, er der som hovedregel kun ringe risiko for blokering.

Kalkfiller og andet

Kalkfiller har samme finhed som cement eller finere afhængigt af det konkrete produkt. Kalkfiller kan anvendes som delvis erstatning for cement på samme måde som flyveaske. Dog er kalkfiller stort set inaktiv, hvorfor det ikke bidrager til betonens styrke af betydning, og derfor heller ikke kan regnes med i det ækvivalente v/c-forhold.

Kornkurvetilpasning

De tilstræbte kornkurvebånd og det tilknyttede erfaringsgrundlag bygger som regel på nogle få kornstørrelser, typisk gennemfald på 0,25 mm, 1 mm og 4 mm, samt på 1⁄2 dmax

Figuren viser kornkurverne for tre tilslagsmaterialer (sand, 4/8 mm sten og 8/16 mm sten) samt den vejledende kornkurver for SCC ved dmax = 16 mm. Figuren viser endvidere den sammensatte kornkurve ved en fordeling af de tre tilslag med 35 % sand, 17 % 4/8 mm sten og 48 % 8/16 mm sten.

Figuren viser vejledende område for kornkurve ved dmax = 16 mm.

Vejledende område for kornkurve ved dmax = 16 mm.
1. Bakkesand (0-2 mm). 2. Søsten (4-8 mm), 3. Søsten (8-16 mm), 4. Grænse kornkurvere og 5. Sammensat kornkurver.

Mange danske sandmaterialer indeholder meget lidt materiale i intervallet 1 - 4 mm, hvilket bevirker det forholdsvist flade stykke på kornkurven mellem 1 og 4 mm. Hvorvidt man bør tilstræbe en kornkurve i toppen eller i bunden af intervallet i figuren, kan bl.a. vurderes ud fra delmaterialernes pakningsegenskaber. Hvis stenenes kornform er overvejende kantet (lav egenpakning), bør stenmængden holdes lav, og kornkurven derfor vælges i toppen af intervallet. Omvendt hvis stenene er overvejende afrundede. Kornkurver er pr. definition på vægtbasis, men partiklernes opførsel i betonen vil i højere grad afspejle volumener. Hvis densiteterne er næsten ens for alle delmaterialerne, har det ingen betydning om man regner på volumen- eller vægtbasis, men hvis der er store densitetsforskelle på sand og sten, bør det også indgå i overvejelserne.

På samme måde bør fordelingen mellem små og store sten afspejle de to stenfraktioners indhold af kantet og knust materiale. Ofte indeholder 4/8 mm fraktionen meget knust materiale, og mængden af denne fraktion bør i så fald reduceres.

L-Boks

Forsøg med L-boksen er så at sige en mini-støbning med SCC og kan derfor anvendes både til at vurdere SCCs flydeegenskaber og evne til at passere armering i en given konstruktion.

L-boksen er, som navnet antyder, udformet som en L-formet kasse. Den vertikale og horisontale del er adskilt med en plade, der kan fjernes. Foran pladen er der monteret armeringsstænger fx svarende til den tætteste armering i den konstruktion, betonen skal anvendes til.

Billedet viser målemetoden L-Boks ved måling af SCCs flydeegenskaber
L-Boks

Den vertikale del af boksen fyldes med SCC. Herefter fjernes pladen, så SCC flyder gennem armeringsarrangementet og ud i den horisontale del af boksen. Når betonen stopper med at flyde, måles højden i hver ende af den horisontale del af boksen. Hældningen af den stillestående SCC indikerer betonens evne til at fylde en form ved egen kraft. Blokeringsrisiko kan vurderes visuelt. Der kan suppleres med måling af den tid, der går, fra pladen fjernes til betonen er nået henholdsvis 200 mm og 400 mm ud i den horisontale del af boksen, hvilket giver information om betonens flydeevne.

Forsøg med L-boks giver således mange informationer om betonen, både kvalitative og kvantitative, men forsøget er ret omstændeligt, ligesom forberedelse af opstillingen og rengøring er tidskrævende.

Luftindblandingsmiddel

Luft udgør sammen med sandet det billigste fyldstof i beton. Et øget luftindhold ud over det naturlige luftindhold forringer betonens styrke, men når der for SCC ofte er rigelig styrke, er dette af mindre betydning. Luftindblanding er derfor et naturligt valg og et indhold på 5-6 % vil som regel være passende.

For luftbobler i den rigtige størrelse, 10-300 μm, er opdrift ikke noget problem, og luften har dertil en stabiliserende virkning på pastaen i kraft af svage elektrokemiske bindinger mellem partikler og luftbobler.

I Danmark produceres SCC næsten uden undtagelse med indblandet luft.

Microsilica

Mikrosilica er speciel ved dens meget store finhed, idet de enkelte partikler er ca. 100 gange mindre end cementpartikler. Mikrosilica tilføjer således en ny størrelsesfraktion i relation til pakning af pulveret, og det giver mulighed for at lave en beton med stor styrke og stor tæthed.

En moderat dosering af mikrosilica kan forbedre betonens stabilitet. Hvis der er problemer med bleeding, f.eks. ved anvendelse af grove cementer eller sand uden finstof, kan mikrosilica reducere problemet, idet mikrosilicaen nedsætter mobiliteten af vand i den friske beton. Selvom mikrosilica er relativt dyrt, kan der ligge en økonomisk gevinst i, at det virker stabiliserende på vandfasen mellem cement- og flyveaskepartiklerne. Partiklerne kan derfor pakkes lidt løsere (billigere), uden risiko for bleeding og separation af kitmassen.

Mikrosilicaens kugleformede partikler virker smørende, men ved høje doseringer vil kitmassen blive klistret og risikoen for svindrevner øges.

Pakningsanalyse

Pakningsanalysen foretages på grundlag af de enkelte materialers egenpakning, kornkurver samt parameteren μ, som beskriver interaktionen mellem tilslagspartiklerne. μ er næsten konstant for et bredt spektrum af materialer, så hvis den er ukendt, sættes den til en standardværdi.

Selve pakningsanalysen omfatter nogle ret komplicerede beregninger, og derfor udføres den nemmest med et software-værktøj beregnet til pakningsanalyse, fx 4C-Packing.

Nedenstående figur viser et pakningsdiagram for materialerne i vedstående tabel.

 

Sigtestørrelse
[mm]

Bakkesand
0-2 mm
gennemfald (%)

Søsten
4-8 mm
gennemfald (%)

Søsten
8 - 16 mm
gennemfald (%)

16

100

100

100

8

100

97

10

4

100

17

4

2

98

5

2

1

88

4

2

0,5

55

3

1

0,25

15

1

1

0,125

4

0

0

0,063

1

0

0

Egenpakning

0,66

0,68

0,63

Tilslagsmaterialer

Illustrationen viser et pakningsdiagram, hvor materialerne i ovenstående tabel er brugt.

Pakningsanalyse af materialerne vist i ovenstående tabel.

I pakningsdiagrammet er det muligt at aflæse den samlede pakning for en vilkårlig kombination af tre tilslagsmaterialer. Niveaukurverne virker som højdekurverne på et landkort, der gør det nemt at finde ”bakketoppen” – der i pakningsanalysen er den tilslagskombination, der giver den største pakning.

I princippet er det en fordel at vælge kombinationen med den største pakning. Det kræver mindre pasta til at fylde hulrummene mellem tilslagspartiklerne, og et lavt pastaindhold reducerer både pris, varmeudvikling og svind.

I de fleste tilfælde er der imidlertid også andre hensyn, der taler for at vælge en tilslagskombination, der er lidt forskudt fra optimum. Det gælder fx hensynet til at opnå en beton, der er mindst muligt følsom overfor doseringsafvigelser og variationer i delmaterialerne samt hensynet til at opnå god stabilitet og gode flydeegenskaber.

I figuren med pakningsdiagrammet ses det, at niveaukurverne for pakningen ligger tæt i området med kombinationer med mange 8-16 mm sten (neden for punktet med størst pakning). Når kurverne ligger tæt, betyder det, at variationer i tilslaget (kornstørrelsesfordeling mv.) og doseringsafvigelser giver større variationer i den samlede pakning og dermed variationer i betonens bearbejdelighed. Det anbefales derfor at vælge kombinationen i et område, hvor der er langt mellem niveaukurverne, for at få en mindre følsom beton. Dette vil føre til en højere sandprocent end i kombinationen med maksimal pakning.

I pakningsdiagrammet ses endvidere, at den maksimale pakning kan opnås uden brug af en 4-8 mm fraktion. Uden denne fraktion, vil der opstå et partikelspring. Sandkornene vil derved kunne pakkes i hulrummene mellem de større partikler, uden at forstyrre de større partiklers pakning, hvilket samlet giver en meget høj pakning. Derimod er der ikke plads til en 4-8 mm sten mellem tætpakkede 8-16 mm sten, så tilstedeværelsen af 4-8 mm sten skaber større afstand mellem 8-16 mm stenene og derfor bliver pakningen ikke helt så optimal.

Det har dog også fordele at have en velgraderet, sammensat kornkurve, fx giver det mindre risiko for separation. Derfor bør man ikke uden videre udelukke en mellemfraktion. Hvor stor 4-8 mm fraktionen bør være, afhænger dels af kornformen og dels af, hvor fint sandet er (om der er meget materiale i 2-4 mm fraktionen). En passende mængde af 4-8 mm sten vil typisk være 15-20 %, hvis der er tale om overvejende afrundet materiale, og mindre, fx 10-15 %, i tilfælde af et knust materiale. Som det ses i figuren, vil det som regel være muligt at finde en tilslagskombination, der både giver minimal følsomhed overfor variationer, og som giver god stabilitet, uden at få en pakning, der er væsentligt lavere end den maksimale pakning. Ved den valgte tilslagskombination (37 % sand, 18 % 4/8 sten og 45 % 8/16 sten) er pakningen således 0,81, men den maksimalt opnåelige pakning er ca. 0,82.

Sand

De mest velegnede sandtyper til SCC har runde korn og en ”flad” kornkurve, hvor der ikke er én kornstørrelse, der er dominerende. Mange sandmaterialer indeholder imidlertid stort set intet materiale over 2 mm, og i visse tilfælde kan det endog være begrænset til 1 mm. For sådanne sandtyper er det især vigtigt, at tilslaget også indeholder en 4-8 mm fraktion.

Forholdene i den fine ende af kornkurven er måske endnu vigtigere. De største partikler i cementen er omkring 50 μm, for flyveaske lidt større, og det er vigtigt for stabiliteten af kitmassen og mørtlen, at der ikke er et alt for stort spring op til de mindste sandkorn. Sandet bør derfor indeholde en del materiale ≤ 0,250 mm og også en vis mængde ≤ 0,125 mm. Passende mængder skønnes at være 15–20 % ≤ 0,250 mm, hhv. 4-8 % ≤ 0,125 mm. Hvis sandet mangler materiale i den fine ende, kan det være nødvendigt at øge indholdet af cement eller flyveaske og dermed sænke v/c-forholdet. For meget finstof i sandet kan dog også være et problem, da det vil medføre en uhensigtsmæssig fed mørtel.

SCC med forskellig pasta

Dette eksempel viser to SCC blandinger. De to blandinger har forskellig pastasammensætning, mens pastamængde og tilslagstype er fastholdt.

De to blandingers flydeegenskaber fremgår af nedenstående tabel.

 

 

2A

2B

pastasammensætning

rapidcement+flyveaske+
mikrosilica, v/c=0,35

basiscement, v/c = 0,47

tilslag

søsand og søsten

som 2A

pastamængde, liter pr. m<sup>3</sup>

289

som 2A

flydespænding, Pa

48

21

plastisk viskositet, Pa<sup>.</sup>s

45

14

udbredelsesmål, mm

570

680

 Filmklip
Media ID: 17200
Recept 2A - flydeegenskaber (337 KB)

 Filmklip
Media ID: 17201
Recept 2B - flydeegenskaber (252 KB)

SCC med forskelligt pastaindhold

Dette eksempel viser to SCC blandinger. Pastasammensætningen er ens i de to blandinger, og der er anvendt samme type tilslag, men der er forskellig pastamængde i de to blandinger (henholdsvis 280 og 305 liter pr. m3)

De to blandingers flydeegenskaber fremgår af nedenstående tabel.

 

 

1A 

1B

pastasammensætning

rapidcement, v/c=0,35

som 1A

tilslag

søsand og søsten

som 1A

pastamængde, liter pr. m<sup>3</sup>

280

305

flydespænding, Pa

59

20

plastisk viskositet, Pa<sup>.</sup>s

37

18

udbredelsesmål, mm

540

690

 Filmklip
Media ID: 17197
Recept 1A - flydeegenskaber (335 KB)

 Filmklip
Media ID: 17198
Recept 1B - flydeegenskaber (300 KB)

SCC med forskelligt tilslag

Dette eksempel viser to SCC blandinger. Pastasammensætning er ens for de to blandinger, men der er anvendt forskellige typer tilslag.

De to blandingers flydeegenskaber fremgår af nedenstående tabel.

 

 

3A

3B

pastasammensætning

rapidcement, v/c=0,35

som 3A

tilslag

søsand og søsten
(rundt tilslag)

bakkesand og knust
granit (kantet tilslag)

pastamængde, liter pr. m<sup>3</sup>

297

325

flydespænding, Pa

20

90

plastisk viskositet, Pa<sup>.</sup>s

18

60

udbredelsesmål, mm

690

490

 Filmklip
Media ID: 17202
Recept 3A - flydeegenskaber (300 KB)

 Filmklip
Media ID: 17203
Recept 3B - flydeegenskaber (667 KB)

Stabilisator

Den gruppe af tilsætningsstoffer, der går under fællesbetegnelsen ”stabilisatorer” er viskositetsmodificerende tilsætningsstoffer, også kaldet VMAer (Viscosity Modifying Agent). Kemisk består stabilisatorerner af polymerer, typisk af typerne biogums, cellulose derivater, polyethylenoxider eller stivelse.

Stabilisator tilsættes selvkompakterende beton for at modvirke tendens til separation i form af at tilslaget synker til bunds i pastaen. Stabilisatoren virker ved at tykne vandfasen, dvs. den øger viskositeten af vand. Effekten skyldes, at stabilisatoren er i stand til at danne hydrogenbindinger, hvorved de fysisk binder vand til sig og sveller. Samtidig har stabilisatoren den egenskab, at effekten er størst, når betonen ikke er under kraftpåvirkning; dvs. når betonen er udstøbt.

Brugen af stabilisatorer er ikke særlig udbredt i Danmark.

Sten

For SCC gælder som for anden blødstøbt beton, at afrundede sten bør foretrækkes frem for kantede og knuste sten. Særligt for knust materiale gælder, at et for stort indhold af stenmel kan gøre stenene uegnede.

Stenstørrelsen bør vælges under hensyntagen til konstruktionen, armeringsforhold mm. Til de fleste formål vil en maksimal stenstørrelse på 16 mm være passende i SCC. Kun i tilfælde af meget massive konstruktioner eller ukomplicerede støbninger bør stenstørrelsen øges, idet risikoen for separation og blokering under udstøbningen herved stiger.

Stenkvaliteten skal naturligvis som minimum afspejle miljøklassen for konstruktionen. Især for gulve, der udsættes for slid, er det vigtigt at undgå lette korn i overfladen. Korn med densitet under 2100-2200 kg/m3 er lettere end den omgivende pasta og vil derfor have en tendens til at søge mod overfladen. Materialeklasse M vil i mange tilfælde være tilstrækkelig, men der er også eksempler på klasse M sten, hvor en del af de tilladte 5 vægt-% under 2400 kg/m3 er helt nede i det kritiske densitetsområde. I så fald vil klasse A sten være det rigtige valg til gulve udsat for slid.

SCC med lette korn, der giver ujævnheder i overfladen.

SCC med lette korn, der giver ujævnheder i overfladen.

 

 

 

 

 

 

 

Mens risikoen for opdrift øges med faldende korndensitet, vil risikoen for nedsynkning øges med stigende korndensitet. Eksempelvis vil den nedadrettede kraft (inkl. opdrift) på en sten af granit typisk være 20–25 % større end på en tilsvarende flintesten.

Superplastifiserende stoffer

Superplastificerende tilsætningsstoffer (SPT) har været under konstant udvikling de senere år. Det har primært været deres indflydelse på betonens konsistenstab og afbinding samt på kitmassens stabilitet, der har været arbejdet med.

Produkterne er i dag typisk opdelt i to grupper. Den ene gruppe tilgodeser fabriksbetonproducentens ønske om langsomt konsistenstab under transport, mens den anden er tilpasset betonelementproducentens ønsker om hurtig afbinding og styrkeudvikling. Entreprenørens ønske om hurtig afbinding efter endt udstøbning er også noget, der arbejdes med at opfylde.

De superplastificerende tilsætningsstoffer, der i dag anvendes til selvkompakterende beton, er hovedsageligt vandopløselige, modificerede polycarboxylater. Strukturen af de superplastificerende tilsætningsstoffer er bygget op omkring en polymer rygrad, hvortil der er koblet forskellige funktionelle kæder, der giver molekylet den superplastificerende effekt. Populært sagt har det superplastificerende molekyle form som en kam, hvor tænderne er kulbrinte-sidekæder, der stikker ud fra molekylets rygrad.

Molekylet adsorberes på cement- eller fillerpartikler under blandingen af beton. Når cement-/fillerpartiklerne med de adsorberede molekyler på overfladen nærmer sig hinanden, sker der en frastødning imellem de enkelte partikler som følge af steriske hindringer, dvs. en fysisk hindring, mellem de overlappende polymersidekæder.

Principskitse for adsorption af modificerede polycarboxylater på cementpartikler. Cementpartiklerne frastøder hinanden pga. "steriske hindringer", når de adsorberede molekyler begynder at overlappe hinanden.

Principskitse for adsorption af modificerede polycarboxylater på cementpartikler. Cementpartiklerne frastøder hinanden pga. "steriske hindringer", når de adsorberede molekyler begynder at overlappe hinanden.

Rækkevidden af den dispergerende steriske effekt hos moderne SPT er væsentligt længere, end den var for tidligere SPT-typer, hvilket resulterer i en mere stabil og længerevarende plastificering. Ved at ændre på f.eks. antallet og længden af molekylets sidekæder eller ved at blande to typer molekyler kan der fremstilles SPT, der er særligt egnet til bestemte typer beton.

Generelt er de SPT-typer, der findes på det danske marked velegnede, men udviklingen vil ofte ske rykvis, og i perioder vil ét produkt derfor kunne være lidt foran de andre i udviklingen. Man bør derfor som udgangspunkt være åben for alternativer, hvis resultaterne ikke er tilfredsstillende.

 

 

Udbredelsestid

Bestemmelse af udbredelsestid ligner fremgangsmåden ved bestemmelse af flydemål. I stedet for at måle selve udbredelsens diameter, måles den tid, der går, fra keglen løftes til betonen når en given diameter. Typisk bestemmes tiden til 500 mm. Udbredelsestiderne bestemmes vha. stopur, videokamera med tidsangivelse eller lignende og betegnes t500.

Udbredelsestiden er god til at vurdere SCC sejhed, hvilket bl.a. har betydning for hvor hurtigt en form kan fyldes. En lang udbredelsestid vidner om en sej SCC med høj viskositet og omvendt.

Der kan nævnes de samme fordele som for flydemålet: Udbredelsestiden er simpel at måle, men er i nogen grad operatørafhængig.