![Page 1: BETONIN OPTISET TUTKIMUSMENETELMÄT · Betonin petrografia / ohuthietutkimus • Tutkimus tapahtuu polarisaatiomikroskoopilla, jossa on tyypillisesti myös fluoresoivan valon käyttömahdollisuus](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042208/5eab0eda2feb8e347f11907e/html5/thumbnails/1.jpg)
Your i ndus t ry, ou r focus
BETONIN OPTISET TUTKIMUSMENETELMÄT
BETONILABORANTTI JA -MYLLÄRIKURSSI
JARKKO KLAMI
![Page 2: BETONIN OPTISET TUTKIMUSMENETELMÄT · Betonin petrografia / ohuthietutkimus • Tutkimus tapahtuu polarisaatiomikroskoopilla, jossa on tyypillisesti myös fluoresoivan valon käyttömahdollisuus](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042208/5eab0eda2feb8e347f11907e/html5/thumbnails/2.jpg)
Menetelmät
• Useita eri menetelmiä ja optisia laitteita, riippuen mitä halutaan selvittää ja millainen näyte tutkittavana?
• Optisia tutkimusmenetelmiä mm. betonin tutkimukseen• Silmämääräinen tarkastelu, makroskooppinen tarkastelu• Stereomikroskooppi (soveltuu mm. isoille näytteille, pintahieelle)• Fluoresenssimikroskopointi (ohuthie ja pintahienäytteet)• Polarisaatiomikroskooppi, ohuthie• (Elektronimikroskooppi – SEM, erittäin pienet näyteet, esim. yksittäiset sementtirakeet)
• Näytteet yleensä ns. ohuthie- tai pintahiepreparaatteja
- 2 -
näytekooko
![Page 3: BETONIN OPTISET TUTKIMUSMENETELMÄT · Betonin petrografia / ohuthietutkimus • Tutkimus tapahtuu polarisaatiomikroskoopilla, jossa on tyypillisesti myös fluoresoivan valon käyttömahdollisuus](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042208/5eab0eda2feb8e347f11907e/html5/thumbnails/3.jpg)
Mihin optisia menetelmiä käytetään?
• Betonin tutkimus ja tuotekehitys• Hydrataatiotuotteiden muodostuminen, huokosrakenne, reaktiot, mikrorakenne...
• Laadunvalvonta, testaus (valmisbetoniasemat / työmaat)• Yleinen mikrorakenne, hydrataatioaste (valun ulkoiset olosuhteet), huokosrakenne,
kiviaineksen laatu, sideaine ja seosaineet, vesi-sideainesuhde, pinnoiteaineiden tunkeutumasyvyydet, haitalliset reaktiotuotteet…
• Materiaaliselvitykset• Mistä betoni, laasti, rappaus on tehty (koostumus), kerrospaksuudet, kerrosten väliset
tartunnat, työsaumat, jne.
- 3 -
![Page 4: BETONIN OPTISET TUTKIMUSMENETELMÄT · Betonin petrografia / ohuthietutkimus • Tutkimus tapahtuu polarisaatiomikroskoopilla, jossa on tyypillisesti myös fluoresoivan valon käyttömahdollisuus](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042208/5eab0eda2feb8e347f11907e/html5/thumbnails/4.jpg)
Mihin optisia menetelmiä käytetään?
• Kuntoselvitykset ja vaurioiden syyt• Voidaan todeta mm. betonin kunto, säröilyn aste, kemiallisia muutoksia ja esim. alkavaa
vaurioitumista tai sen riskiä?• Auttaa selvittämään vaurioitumiseen johtaneita syitä.
Esim. säärasitus, kemiallinen rasitus, mekaaninen rasitus alkalikiviainesreaktio, tulipalo, jne…
- 4 -
![Page 5: BETONIN OPTISET TUTKIMUSMENETELMÄT · Betonin petrografia / ohuthietutkimus • Tutkimus tapahtuu polarisaatiomikroskoopilla, jossa on tyypillisesti myös fluoresoivan valon käyttömahdollisuus](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042208/5eab0eda2feb8e347f11907e/html5/thumbnails/5.jpg)
Pintahie (PH)
• Pintahieellä tarkoitetaan yleensä laboratoriossa valmistettua preparaattia, joka on hiottua ja kiillotettu tasopinta.
• Voidaan valmistaa erilaisista koekappaleista esim. kuutiosta tai poralieriöstä.
• Tarkastelu stereo- ja/tai pintavalomikroskoopilla• Valo heijastuu näytteen pinnasta. (vrt. ohuthieessä valo kulkee näytteen
läpi).
+ preparaatti on nopea ja yksinkertainen valmistaa
+ iso tutkittava pinta-ala (rakennekoekappaleet)+ rakenne- ja materiaalikerrosten tunnistus, kerrosten tartunnat.
- pintahieen tarkkuus ja informaatiosisältö ohuthiettä selvästi pienemmät
- 5 -
![Page 6: BETONIN OPTISET TUTKIMUSMENETELMÄT · Betonin petrografia / ohuthietutkimus • Tutkimus tapahtuu polarisaatiomikroskoopilla, jossa on tyypillisesti myös fluoresoivan valon käyttömahdollisuus](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042208/5eab0eda2feb8e347f11907e/html5/thumbnails/6.jpg)
Ohuthie (OH)
• = Leike betonista, laastista, kivestä tai muusta vastaavasta kiinteästä ja kiteisestä materiaalista.
• Betoniohuthieen koko esim. 35 x 50 mm2. Koko voi hieman vaihdella riippuen valmistustavasta (laboratoriosta).
• Paksuus noin 25 – 30 µm. Tarkoitus on, että valo kulkee tutkittavan näytteen läpi.
• Manipuloimalla näytteen läpi kulkevaa valoa erilaisilla mikroskoopin polarisaattoreiden, linssien ja himmentimien avulla saadaan tietoa tutkittavan materiaalin (runkoaine, sideaine) rakenteesta ja koostumuksesta.
+ paljon tietoa koostumuksesta, mikrorakenteesta, laadusta, hydrataatiosta, seosaineista…
+ hyvä tarkkuus ja mahdollista havaita pieniä partikkeleita- näytepreparaatin valmistus hidasta ja vaatii erityisosaamista
- pieni näytteen pinta-ala (näytteen edustavuus?)
- 6 -
![Page 7: BETONIN OPTISET TUTKIMUSMENETELMÄT · Betonin petrografia / ohuthietutkimus • Tutkimus tapahtuu polarisaatiomikroskoopilla, jossa on tyypillisesti myös fluoresoivan valon käyttömahdollisuus](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042208/5eab0eda2feb8e347f11907e/html5/thumbnails/7.jpg)
Ohuthiepreparaatin valmistus
• Monivaiheinen prosessi, jossa noin parikymmentä erilaista työvaihetta. Sahausta, impregnointia, hiontaa, kuivausta, pesua ja liimausta.
• Hyvän preparaatin valmistuksen kesto näytteestä riippuen tavallisesti noin 1,5 – 2 viikkoa.
• Valmistus vaatii erikoislaitteita, harjoitusta ja kokemusta. Vain tekemällä voi oppia!
- 7 -
![Page 8: BETONIN OPTISET TUTKIMUSMENETELMÄT · Betonin petrografia / ohuthietutkimus • Tutkimus tapahtuu polarisaatiomikroskoopilla, jossa on tyypillisesti myös fluoresoivan valon käyttömahdollisuus](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042208/5eab0eda2feb8e347f11907e/html5/thumbnails/8.jpg)
Ohuthietutkimus
• Betonin petrografia / ohuthietutkimus
• Tutkimus tapahtuu polarisaatiomikroskoopilla, jossa on tyypillisesti myös fluoresoivan valon käyttömahdollisuus.
• Voidaan tutkia jotain tiettyä asiaa (esim. huokosjako) tai tehdä yleinen kunto/rakenne/koostumus selvitys.
• Yleisenä pohjana tutkimuksille toimii betonille mm. standardi ASTM C856-18a
- 8 -
![Page 9: BETONIN OPTISET TUTKIMUSMENETELMÄT · Betonin petrografia / ohuthietutkimus • Tutkimus tapahtuu polarisaatiomikroskoopilla, jossa on tyypillisesti myös fluoresoivan valon käyttömahdollisuus](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042208/5eab0eda2feb8e347f11907e/html5/thumbnails/9.jpg)
Tyypillisiä tutkittavia tekijöitä (OH)
• Betonin runkoaine• Mineraalien ja kivilajien tunnistus. Niiden rapautuminen ja esim. mahdolliset mineralogiset
muuttumistulokset sekä haitalliset mineraalit.• Koko ja muoto (merkitystä mm. työstettävyyteen ja betonin huokostukseen)• Jakautuminen ja orientaatio (vaikuttaa mm. betonin lujuuteen)• Huokoisuus ja säröt (vaikuttaa mm. betonin lujuuteen)• Tartunta sideaineen välillä (vaikuttaa mm. betonin lujuuteen)• Huokosten kerääntyminen runkoainekappaleiden pinnoille (kiillemineraalit voivat kerätä
suojahuokosia)• Alkalikiviainespotentiaalin arviointi
- 9 -
![Page 10: BETONIN OPTISET TUTKIMUSMENETELMÄT · Betonin petrografia / ohuthietutkimus • Tutkimus tapahtuu polarisaatiomikroskoopilla, jossa on tyypillisesti myös fluoresoivan valon käyttömahdollisuus](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042208/5eab0eda2feb8e347f11907e/html5/thumbnails/10.jpg)
Tyypillisiä tutkittavia tekijöitä (OH)
• Betonin sideaine• Koostumus ja mahdolliset seosaineet• Hydrataatioaste• Vesi-sideainesuhde• Huokoisuus (mm. huokosjako)• Karbonatisoituminen (vaikuttaa mm. teräskorroosioon)
• Betoni yleisesti• Säröily ja sen syy (kuivumiskutistuminen, pakkasrapautuminen, valutekniikasta johtuvat
säröilyt, autogeeninen säröily, tulipalo, alkalikiviainesreaktio…)• Muuttuminen (esim. reaktiotuotteet, tulipalo, kemiallinen rasitus)• Teräkset ja niiden korroosio• Betoniin kuulumattomat ainekset?
- 10 -
![Page 11: BETONIN OPTISET TUTKIMUSMENETELMÄT · Betonin petrografia / ohuthietutkimus • Tutkimus tapahtuu polarisaatiomikroskoopilla, jossa on tyypillisesti myös fluoresoivan valon käyttömahdollisuus](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042208/5eab0eda2feb8e347f11907e/html5/thumbnails/11.jpg)
Betonin huokosanalyysi
VTT-TEST-R003-00-2010 Huokosjako / By-ohje 2020-• Kovettuneen betonin ilmahuokosparametrien määrittäminen
• Betonin suuntaa-antava kokonaisilmamäärä• Suojahuokosten (Ø = 0,025 – 0,8 mm) ilmamäärä• Betonin suojahuokosten ominaispinta-ala• Suojahuokosten huokosjako, mm
• Huokosjaolla voidaan todeta betonin pakkasenkestävyys suunnitellun käyttöiän ja rasitusluokan, XF1 tai XF3 mukaan.
Standardi SFS 7022:2019, taulukko A.1, s. 18.(By 65 Betoninormit 2016, taulukko L4.3, s. 158. HUOM: uusi versio tulossa 2020)
• Huokosjako ilmaisee laskennallisen arvon suurimmalle etäisyydelle sementtipastan mistä tahansa pisteestä lähimmän suojahuokosen pinnalle, yksikkönä mm.
• Huom: Menetelmän päivitys vuoden 2020 aikana. => By-ohje
- 11 -
![Page 12: BETONIN OPTISET TUTKIMUSMENETELMÄT · Betonin petrografia / ohuthietutkimus • Tutkimus tapahtuu polarisaatiomikroskoopilla, jossa on tyypillisesti myös fluoresoivan valon käyttömahdollisuus](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042208/5eab0eda2feb8e347f11907e/html5/thumbnails/12.jpg)
Huokosjako VTT-TEST-R003-2010
• Huokosanalyysi tehdään betonin ohuthiepreparaateista (2 - 3 kpl) polarisaatiomikroskoopilla
• Analyysilaitteistolla luodaan ”kuvitteellinen” pisteverkko sekä analyysiviiva. Lasketaan pisteisiin sekä analyysiviivalle osuvat huokoset, kiviainerakeet ja sementtipasta.
• Analyysipisteitä min. 1500 kpl• Analyysiviivan pituus min. 2300 mm• Analysoitava pinta-ala min. 3000 mm2
• Kaupallisesti tarjolla myös ”vastaavia” huokosanalyysejä => vastaavuus joskus epäselvä?
- 12 -
![Page 13: BETONIN OPTISET TUTKIMUSMENETELMÄT · Betonin petrografia / ohuthietutkimus • Tutkimus tapahtuu polarisaatiomikroskoopilla, jossa on tyypillisesti myös fluoresoivan valon käyttömahdollisuus](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042208/5eab0eda2feb8e347f11907e/html5/thumbnails/13.jpg)
Yleiskuva betonin ohuthieestä
- 13 -
ilmahuokosetrunkoaine
sideaine
![Page 14: BETONIN OPTISET TUTKIMUSMENETELMÄT · Betonin petrografia / ohuthietutkimus • Tutkimus tapahtuu polarisaatiomikroskoopilla, jossa on tyypillisesti myös fluoresoivan valon käyttömahdollisuus](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042208/5eab0eda2feb8e347f11907e/html5/thumbnails/14.jpg)
Tavanomainen huokosrakenne
- 14 -
ilmahuokoset
HuokosjakoL ≈ 0,20 mm
Suojahuokosetn. 2,5 til-%
Kokonaisilman. (3 til-%)
sideaine
runkoaine
![Page 15: BETONIN OPTISET TUTKIMUSMENETELMÄT · Betonin petrografia / ohuthietutkimus • Tutkimus tapahtuu polarisaatiomikroskoopilla, jossa on tyypillisesti myös fluoresoivan valon käyttömahdollisuus](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042208/5eab0eda2feb8e347f11907e/html5/thumbnails/15.jpg)
Runsaasti pieniä suojahuokosia
HuokosjakoL ≈ 0,10 mm
Suojahuokosetn. 8 - 10 til-%
Kokonaisilman. (11 - 12 til-%)
Betonin tiheysjopa < 2000 kg/m3
- 15 -
![Page 16: BETONIN OPTISET TUTKIMUSMENETELMÄT · Betonin petrografia / ohuthietutkimus • Tutkimus tapahtuu polarisaatiomikroskoopilla, jossa on tyypillisesti myös fluoresoivan valon käyttömahdollisuus](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042208/5eab0eda2feb8e347f11907e/html5/thumbnails/16.jpg)
Huokoset jakautuneet epätasaisesti
- 16 -
![Page 17: BETONIN OPTISET TUTKIMUSMENETELMÄT · Betonin petrografia / ohuthietutkimus • Tutkimus tapahtuu polarisaatiomikroskoopilla, jossa on tyypillisesti myös fluoresoivan valon käyttömahdollisuus](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042208/5eab0eda2feb8e347f11907e/html5/thumbnails/17.jpg)
Isot huokoset kerääntyvät kiviaineskappaleiden alle
- 17 -
![Page 18: BETONIN OPTISET TUTKIMUSMENETELMÄT · Betonin petrografia / ohuthietutkimus • Tutkimus tapahtuu polarisaatiomikroskoopilla, jossa on tyypillisesti myös fluoresoivan valon käyttömahdollisuus](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042208/5eab0eda2feb8e347f11907e/html5/thumbnails/18.jpg)
Huokosten muodostama ”rypäs”
- 18 -
![Page 19: BETONIN OPTISET TUTKIMUSMENETELMÄT · Betonin petrografia / ohuthietutkimus • Tutkimus tapahtuu polarisaatiomikroskoopilla, jossa on tyypillisesti myös fluoresoivan valon käyttömahdollisuus](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042208/5eab0eda2feb8e347f11907e/html5/thumbnails/19.jpg)
Runsasta mikrosäröilyä fluoresoivassa valossa
- 19 -
![Page 20: BETONIN OPTISET TUTKIMUSMENETELMÄT · Betonin petrografia / ohuthietutkimus • Tutkimus tapahtuu polarisaatiomikroskoopilla, jossa on tyypillisesti myös fluoresoivan valon käyttömahdollisuus](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042208/5eab0eda2feb8e347f11907e/html5/thumbnails/20.jpg)
Ettringiittikiteytymän lähes kokonaan täyttämä ilmahuokonen
- 20 -
![Page 21: BETONIN OPTISET TUTKIMUSMENETELMÄT · Betonin petrografia / ohuthietutkimus • Tutkimus tapahtuu polarisaatiomikroskoopilla, jossa on tyypillisesti myös fluoresoivan valon käyttömahdollisuus](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042208/5eab0eda2feb8e347f11907e/html5/thumbnails/21.jpg)
Alkali-kiviainesreaktio – AKR
- 21 -
Silikageeliä suojahuokosessa
Runsasta halkeilua. Halkeamat täyttyneet silikageelillä.
![Page 22: BETONIN OPTISET TUTKIMUSMENETELMÄT · Betonin petrografia / ohuthietutkimus • Tutkimus tapahtuu polarisaatiomikroskoopilla, jossa on tyypillisesti myös fluoresoivan valon käyttömahdollisuus](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042208/5eab0eda2feb8e347f11907e/html5/thumbnails/22.jpg)
Kiviaineskappale (myloniitti), joka on alkali-kiviainesreaktiivinen
- 22 -