Betonin suhteituksen vaikutus lujuuteen ja notkeuteen : Suhteitusmenetelmän tulosten vertailu koetuloksiin

Abstract

Tässä kandidaatintyössä tutkitaan betonin suhteituksen vaikutusta lujuuteen ja notkeuteen vertaamalla perinteistä Arvo Nykäsen kehittämää suhteitusmenetelmää nykyaikaisten betonien mitattuihin ominaisuuksiin. Työn päätavoitteena on selvittää, kuinka tarkas ti Nykäsen suhteitusmenetelmään kuuluvan nomogrammin avulla voidaan ennustaa nykyaikaisten ja vähähiilisten betonien ominaisuuksia, erityisesti puristuslujuutta ja painumaa.

Tutkimuksen empiirinen osuus pohjautuu Tampereen yliopiston Vähähiilisten betonien säilyvyysmitoitus -hankkeessa kerättyihin mittausaineistoihin, joihin sisältyy 48 eri betonireseptin suhteitus-, lujuus- ja notkeustuloksia. Betonireseptit sisältävät neljällä eri sementtilaadulla valmistettuja betoniseoksia, joista puolet ovat lisähuokostettuja. Nomogrammia käytettiin sekä painuman että puristuslujuuden arviointiin, ja tuloksia verrattiin betoneista saatuihin mittaustuloksiin.

Notkeuden tarkastelu rajautui 18 betonilaatuun, sillä nomogrammin ilmamäärän asteikkoa ei voida hyödyntää alle 2 % ilmaa sisältävissä suhteituksissa. Työn tulokset osoittavat, että Nykäsen nomogrammin antamat ennusteet poikkeavat osin merkittävästi mitatuista arvoista. Nomogrammin käyttö perustuu betoneihin, joissa ei ole käytetty notkistimia. Vastaavasti kaikissa tutkimuksen betoneissa on kuitenkin käytetty notkistimia. Painuman arvioinnissa nomogrammin arvot erosivat monissa tapauksissa useilla kymmenillä, jopa sadoilla millimetreillä mitatuista painumaarvoista. Suurista eroista huolimatta, kolmen betonilaadun kohdalla nomogrammin ja mittausten arvot vastasivat toisiaan täysin, mutta näissä tapauksissa veden, notkistimen ja sementin määrissäei ollut johdonmukaista yhteyttä reseptin osalta. Suhteituslujuuden osalta tarkastelu rajautui 39 betoniin, joiden suhteituslujuus oli nomogrammin asteikon ylärajan 53,4 MPa:n alapuolella. Suhteituslujuuksien tuloksista voidaan havaita, että 40–55 MPa:n lujuusalueella betonin vesi-sementtisuhde pienenee betonin lujuuden kasvaessa, mikä vastaa myös Nykäsen asteikon periaatetta.

Nykäsen nomogrammi soveltuu yhä normaalilujuuksisen betonin arviointiin, mutta sen käyttö nykyaikaisten erikoisbetonien tai korkean lujuusluokan betoneiden suunnittelussa on rajallista. Menetelmä ei esimerkiksi huomioi nykyisiä lisäaineita, sementtilaadun vaihtelua tai betonin huokosuutta riittävällä tarkkuudella. Tämän vuoksi nomogrammin kehittäminen esimerkiksi korjauskertoimien avulla olisi perusteltua. Lisäksi nomogrammin osa-aineiden ja suhteituslujuuden asteikkoja tulisi laajentaa nykypäivän vaatimustasolle. Menetelmän päivittäminen mahdollistaisi sen soveltamisen laajemmin suhteitusta tehdessä.

Teollisuuden nykykäytännöt nojautuvat vahvasti tietokoneohjelmiin, jotka suorittavat suhteituksen nopeasti ja tarkasti hyödyntäen laajoja reseptipohjaisia tietokantoja sekä aiempien bet onierien testituloksia. Manuaalisten menetelmien, kuten Nykäsen nomogrammin, hallinta on edelleen tärkeää betonitekniikan perusteiden ymmärtämiseksi. Nykyaikainen tuotanto vaatii huomattavasti joustavampia ja monimuotoisempia työkaluja. Tietokoneavusteiset järjestelmät mahdollistavat eri lisäaineiden, sementtilaatujen ja kiviaineksien vaikutusten nopean arvioinnin sekä reseptien optimoinnin kohdekohtaisesti. Tämä kehityssuunta asettaa perinteisille menetelmille haasteita, mutta samalla avaa mahdollisuuden niiden kehittämiselle osaksi nykyaikaisia hybridimalleja, joissa yhdistyvät kokemusperäinen tieto ja digitaalinen analytiikka.