Frostþol ungrar steypu

Abstract

Á Íslandi eru mannvirki oft steypt að vetralagi við erfiðar aðstæður þar sem lofthiti sveiflast frá plúsgráðum yfir í frost með litlum fyrirvara. Nýlöguð steypa inniheldur mikið óbundið vatn sem byrjar strax að hvarfast og bindast við sementið í steypublöndunni. Ef vatnið frýs snemma í hörðnunarferli steypunnar getur það valdið skemmdum á henni. Í þessari grein er fjallað um rannsókn þar sem áhrif frosts á nýlagaða steypu var kannað. Út frá hitastigsgögnum frá Veðurstofu Íslands fyrir mánuðina desember, janúar og febrúar á þriggja ára tímabili var stillt upp tíu mismunandi tilraunum þar sem umhverfishitastig var breytilegt. Hver tilraun samanstóð af mislöngum tímabilum af +5°C og -5°C hitastigsköflum í allt að þrjá daga eftir að steypa var framleidd en síðan tóku við staðalastæður við +20°C og 100% raka þar til steypa náði 90 daga aldri. Í hverri tilraun voru gerðar mælingar á þrýsti- þoli steypunnar við mismunandi aldur hennar sem og mælingar á yfirborðsflögnun í frost-þíðu prófunum. Auk þess var innra hitastig hennar mælt með sírita á meðan hitabreytingar áttu sér stað. Steyptir voru 210 hefðbundnir sívalningar (100x200mm), 11 teningar (150x150x150mm) og eitt plötusýni til að nota við rannsóknirnar. Dæmigerð húsbyggingasteypa var notuð í öll sýni. Meginniðurstaðan var að frostakafli sem ung steypa lendir í lækkar töluvert þrýstistyrk samanborið við sýni sem fá kjöraðstæður. Eftir 90 daga er munurinn þó minni en við 28 daga. Í öllum tilfellum þar sem steypa fékk að harðna fyrst við +5°C í 12 klukkustundir eða lengur náði hún við 90 daga aldur 95% styrk eða hærri af 28 daga styrk viðmiðunarsteypu sem harðnaði við kjöraðstæður allan tímann. Verulega dregur úr yfirborðsflögnun ef steypa fær að harðna í sólarhring eða lengur við +5°C áður en hún lendir í frosti. Í öllum tilraunum stóðust þó steypusýnin viðmiðunargildi fyrir yfirborðsflögnun. It is common in Iceland to carry out concrete work during winter time when temperature can oscillate from plus to minus degrees on short notice. Immediately after mixing of concrete the hydration process of the cement starts and it can take many hours or days depending on the ambience temperature. If fresh concrete is exposed to temperatures below zero unhydrated water can freeze and cause damage of it. The main objective of this paper is to investigate the effect of frost on fresh concrete. Based on temperature data from the Icelandic Meteorological Office for the winter months December, January and February ten test setups were defined where the ambience temperature was varied. Each test consisted of different length of +5°C and -5°C time intervals up to 72 hours from mixing ofthe concrete. After this the concrete samples were moved to standard concrete test environment +20°C and 100% relative humidity where the samples were kept up to 90 days age. In each test compression strength and surface peeling were measured at different concrete age. In addition internal concrete temperature was monitored. For the whole investigation 210 concrete cylinders, 11 cubes and one plate sample were cast. In all cases common type of building concrete was used. The main results where that the compression strength of the cylinders were degraded compared to strength of reference concrete hardening in standard environment. At the age of 90 days the difference was less than at 28 days age. In all the tests concrete that could harden at +5°C for at least 12 hours or longer had at an age of 90 days more than 95% strength of 28 day strength of reference concreted that could harden in ideal environment at +20°C. Surface peeling was substantial reduced if the samples could harden for at least 24 hours before exposed to frost. In all cases the concrete had less surface peeling than what is considered as acceptable.