| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Udtørring af beton i byggefasen

3 Selvudtørringsforsøg

• 3.1 Forsøgsmetode
• 3.2 Resultater
• 3.3 Sammenfatning

Selvudtørring foregår i et vist omfang for alle betoner og dækker over det fænomen, hvor hydratiseringen medvirker til at sænke fugtindholdet. Selvudtørringen er stærkest ved lave v/c forhold pga. den finporøse struktur og tilstedeværelsen af mikrosilika er også kendt for at forstærke selvudtørringen. Selvudtørring foregår altså selvom betonen er forseglet og ikke kan udveksle fugt med omgivelserne. Selvudtørringseffekten er imidlertid mest markant for højkvalitetsbeton med tilpas lave v/c forhold typisk af størrelsesorden 0,4 og lavere. Baggrunden for selvudtørring og autogent svind for højkvalitetsbetoner med forskelligt indhold af mikrosilika er detaljeret beskrevet i Mejlhede Jensen (2005). Disse højkvalitetsbetoner (eller mørtler) er i øvrigt nært beslægtede med Densit.

Under hydratiseringen bindes en del af blandevandet kemisk i cementgel og andre komponenter. Rent cementkemisk kan det påvises, at mængden af kemisk bundet vand er ca. ¼ gange den hydratiserede cementmængde. Ved lave v/c forhold vil cementen ikke hydratiseres fuldstændigt og mængden af hydratiseret cement i forhold til den totale cementmængde betegnes ofte hydratiseringsgraden α. For v/c = 0,4 er α = 0,7-0,8 og for v/c > 0,6 nærmer hydratiseringsgraden sig 1.

Der findes tidligere bestemmelser af selvudtørringen. I et dansk-svensk Nordtest projekt (Hansen, Hansen & Persson, 1998) blev selvudtørringen bestemt i form af RF efter forseglet lagring meget lig den metode der er anvendt i nærværende undersøgelse. Undersøgelsen indeholder både svenske og danske betoner med v/c forhold fra 0,30 til 0,50. Betonerne er imidlertid ikke særligt repræsentative for anvendte betoner i byggeriet og de danske betoner indeholder således 500-600 kg cement pr. m³ plus flyveaske og mikrosilika. Dette gør det svært at anvende resultaterne i praksis. Selvudtørringen er udelukkende bestemt efter 28 døgns lagring.

I en ny svensk undersøgelse er selvudtørringen også målt (Johansson, 2005). Denne undersøgelse vurderer indflydelsen fra cementtype og v/c forhold. Der måles udelukkende RF til forskellige terminer og udelukkende på mørtelprøveemner forseglet i metalspande.

Resultaterne fra begge ovennævnte undersøgelser vil blive sammenlignet med resultaterne fra nærværende forsøgsserie i det følgende.

3.1 Forsøgsmetode

Prøvningen foregår ved at åbne et pvc-rør indeholdende 3 cylinder prøveemner til en given prøvningstermin. Emnerne vejes og måles, hvorefter de knuses i en trykpresse. Trykstyrken noteres og de knuste rester fordeles i en foliebakke som placeres i udtørringsovnen og i et reagensglas som derefter tilsluttes en relativ fugtighedsmåler af typen Novasima.

Ovntørringen foregår ved 105 °C indtil alt fysisk vand er fordampet. Via den våde og tørre vejning kan fugtindholdet bestemmes ud fra:

Denne størrelse kaldes også for fugtbrøken og angives som vægt-%.

I Novasima fugtighedsmålerne registreres RF og efter et par dages forløb er reagensglassets indhold i ligevægt og RF aflæses. Fugtighedsmålerne i laboratoriet hos Teknologisk Institut aflæses kontinuert via en datalogger.

3.2 Resultater

Generelt er forsøgsspredningen fundet at være indenfor de grænser man normalt antager for tilfredsstillende når der udføres laboratorieforsøg med beton. Alle resultater er angivet i Tabel 3.1 og i Figur 3.1 og Figur 3.2 er de målte enkeltværdier afbilledet som en funktion af prøvningsterminen.

For at vurdere pvc-rørenes forseglingsevne blev cylindrene vejet umiddelbart inden forseglingen og forud for hver prøvning blev de vejet på ny. Vægttabet under de første 7 døgn androg omkring 2 ‰ for P20 og under 0,5 ‰ for de to øvrige betontyper. Efter den første uge er der ikke registreret noget yderligere vægttab. Dette vurderes at være tilstrækkeligt effektivt til at sikre, at kun selvudtørringen registreres under forsøgene. Den sidste registrering sker, når prøveemner er godt og vel ½ år gamle.

Densit

For Densit emnerne ses den relative fugtighed at synke til 80 % allerede efter 7 døgn og yderligere til 70 % efter nogen ugers yderligere lagring (Figur 3.1). Dette skyldes den ekstremt finporøse struktur af dette højstyrkemateriale og effekten af det høje mikrosilikaindhold. Dette er i overensstemmelse med Hansen, Hansen & Persson, (1998), hvor et RF-niveau på 70 % kræver et v/c forhold på under 0,20. Som det kunne forventes har Densit en selvudtørringseffekt, der gør, at udtørringsproblematikken sjældent er aktuel for dette materiale.

Gulvbeton

For P20 og P40 falder RF med alderen (Figur 3.1).

Ud fra kendskabet til betonrecepten kan mængden af fordampeligt vand estimeres ved at fratrække det i hydratiseringen kemisk bundne vand fra blandevandet:

         w_fys = W - C/4 = (151 – 1,0*0,25*171)kg/m³ = 108 kg/m³ for P20

                   w_fys = (135 – 0,7*0,25*281)kg/m³ = 86 kg/m³ for P40

hvor faktor 1,0 og 0,7 er de forudsatte hydratiseringsgrader for hhv. P20 og P40. Bemærk at kun det rene cementindhold medregnes i det kemisk bundne vand og altså ikke det ækvivalente cementindhold med bidrag fra flyveaske og mikrosilika. Dette skyldes at disse materialer ikke reagerer direkte med vandet, men med den calciumhydroxid, som er dannet under cementens hydratiseringsproces (Mejlhede Jensen, 2005).

Hvis ovenstående vandindhold divideres med en gennemsnitlig tørdensitet for begge betoner (fundet til ca. 2190 kg/m³) fås fugtbrøken til hhv. 4,9 og 3,9 % for P20 og P40. Dette svarer altså til det teoretiske fugtindhold efter at hydratiseringen har fundet sted. Sammenholdes disse værdier med målingerne i Figur 3.1b fås en god overensstemmelse. Det ses endvidere, at det kemisk bundne vand i overvejende grad er opbrugt allerede indenfor den første uge. Der foregår imidlertid stadig et markant fald i den relative fugtighed i de følgende uger indtil 3 måneders alderen, hvilket forklares med, at hydratiseringen stadig foregår i denne periode og porestrukturen færdigudvikles. Dette ses også af styrkeudviklingen (Figur 3.2).

Tabel 3.1 Selvudtørringsresultater. Fugtbrøken for P20 og P40 er blevet fejlbestemt ved 7 døgns terminen og er udeladt af beregningerne. Trykstyrker er målt på ø100x200 mm cylindre. Der er ikke foretaget korrigering til standardcylinderstørrelse. Korrektionsfaktoren svarer til en faktor 0,95 på trykstyrkerne nedenfor.

Figur 3.1 Selvudtørringsresultater svarende til Tabel 3.1.
a) Relativ fugtighed målt på nedknuste dele af prøveemner.
b) Tilhørende fugtbrøkmålinger. Bemærk at blandevandet svarer til et vandindhold ved 0 dage på ca. 7 % for P20 og ca. 6 % for P40.

Figur 3.2 Målt styrkeudvikling efter forseglet lagring. Enkeltresultater findes i Tabel 3.1.
Densitop resultaterne aflæses på den højre akse. Bemærk at der ikke er foretaget nogen korrektion af målingerne mht. cylinderstørrelse.

Mellem 3 og 6 måneder ses det, at RF stiger igen (Figur 3.1a). Det ses også, at fugtbrøken samtidig stiger i denne periode og det er tvivlsomt om denne effekt er reel eller et resultat af fejlmålinger. Der findes ikke umiddelbart nogen begrundelse for denne iagttagelse og der er heller ingen lignende observationer at finde i litteraturen. Derfor må disse ½ års resultater ikke tillægges for stor betydning før de er verificeret af supplerende forsøg.

Figur 3.3 indeholder en sammenligning mellem resultaterne i Johansson (2005) for tre forskellige svenske cementer og P40 3-pulver baseret på dansk Rapid cement. De svenske forsøg er rene cementmørtler uden mikrosilika. Bemærk at tidsaksen er afkortet i forhold til de tidligere diagrammer, da de svenske forsøg standser ved ca. 28 døgn. Som det fremgår ligger de danske resultater midt i de svenske, hvilket bl.a. kan tilskrives effekten af porevandets alkalitet af (se mere herom nedenfor).

Effekt af mikrosilika og porevandets alkalitet

Effekten af mikrosilika er ikke specifikt undersøgt, da både P20 og P40 indeholder stoffet i stort set samme relative dosering (6-7 % af cementindholdet). Hansen, Hansen & Persson (1998) fandt ikke nogen målbar effekt på selvudtørringen af at tilsætte 5 % mikrosilika i hverken svensk eller dansk beton. Dette var uanset v/c forholdet. Dette er imidlertid ikke i overensstemmelse med resultaterne af en undersøgelse i Mejlhede & Hansen (1996), hvor mikrosilikas effekt på selvudtørring af cementpasta er undersøgt og fundet markant. Sidstnævnte undersøgelse omfatter imidlertid kun materialer af Densit typen, som ikke umiddelbart kan overføres på gulvbetoner.

Figur 3.3 Selvudtørringsresultater for v/c = 0,4. Sammenligning mellem dansk P40 3-pulver beton og svenske mørtelforsøg (Johansson, 2005). Forsøgsresultater for P40 svarer til de første 3 terminer i Figur 3.1. De svenske forsøg er baseret på ren cementmørtel uden mikrosilika.
Svensk Anlægscement er lavalkali sulfatbestandig (CEM I 42,5N).
Svensk Byggcement er en kalkstenscement (CEM II/A-LL 42,5R).
Svensk SH er en ren Portland cement (CEM I 52,5).

En anden effekt som også er registreret i Hansen, Hansen & Persson (1998) og ligeledes i Johansson (2005) er porevandets alkalitet. For det samme fugtindhold vil en beton med høj porevandsalkilitet give lavere RF. Dette indebærer, at når v/c forholdet sænkes får man typisk højere alkalitet - alt andet lige, men samtidig giver anvendelsen af mikrosilika anledning til en sænkning af alkaliteten. Det vil sige flere mekanismer, som trækker i hver sin retning.

Rapidcementen, som benyttet i nærværende forsøgsserie har et ækvivalent alkaliindhold på (Na₂O)_ækv = 0,6 %. De svenske byggecementtyper har tilsvarende 0,7-0,8 % (byggcement og SH-cement), mens den svenske anlægscement har (Na₂O)_ækv = 0,4 % (Johansson, 2005). Sidstnævnte svarer stort set til den danske lavalkali sulfatbestandig cement. Rækkefølgen af kurverne i Figur 3.3 følger således alkaliindholdet af de anvendte cementtyper.

Johansson (2005) afprøver også 10 % mikrosilika i cementmørtler med et vand/bindemiddel tal = 0,30. For byggcement og SH-cement fås at en sænkning af vand/binder-tallet fra 0,4 til 0,3 sænker RF med godt 5 %-point og tilsætning af 10 % mikrosilika ved et vand/binder-tal på 0,3 hæver RF med 3-5 %-point. For anlægscement virker både en sænkning af vand/binder forholdet og en tilsætning af mikrosilika reducerende på RF, men effekten er marginal. Konklusionen må være, at udtørringseffekten af mikrosilika afhænger af mange indirekte faktorer såsom cementtype og –sammensætning. De enkelte faktorers betydning er ikke kvantificeret.

3.3 Sammenfatning

På baggrund af de udførte selvudtørringsforsøg kan følgende konklusioner opsummeres:

• Der er en markant selvudtørringseffekt hos beton med v/c forhold omkring 0,40. Det er muligt at bringe fugtigheden ned til 85 % RF alene ved selvudtørringens kraft. Sammenligninger med svenske forsøg udviser god overensstemmelse, men også relativt stor variation i selvudtørringens størrelse.
• Effekten af mikrosilika synes ikke at være dokumenteret i tilstrækkeligt omfang. Der kan tilsyneladende ikke tales om en enkel mikrosilika-effekt, men nærmere om en række faktorer afhængig af cementtype. De resultater som findes i litteraturen er modstridende og svært kvantificerbare.
• De danske forsøg baseret på Rapid cement synes generelt at ligge omkring 5 %-point højere end tilsvarende svenske byggecementer (som indgår i TorkaS). Hvis der sammenlignes med dansk lavalkali cement må forskellen forventes endnu højere. Desuden er den svenske mikrosilika-effekt tilsyneladende noget overvurderet.
• For normal gulvbeton P20 er effekten også målbar, men det er ikke muligt at bringe den relative fugtighed under 90 %.
• For Densit materialet ligger den relative fugtighed stort set under 80 % allerede efter en uges lagring.
• Den anvendte forsøgsmetode har vist sig at være operationel og simpel og det forventes, at denne metode med succes kan anvendes på andre betoner.

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |

Version 1.0 Oktober 2006, © Miljøstyrelsen.