Betooni mahukahanemise dialemma

Mõned tähelepanekud mahukahanemise kohta ning selle tagajärjed betoonpõrandate ehitusele Mati LaursonEPMÜ doktorant, tehnikamagister

On hulk tegureid, mida tuleb jälgida betoonisegu koostamisel, paigaldamisel ja hooldamisel, kuid paljugi võib juhtuda ka juba kivistunud betooniga. Vaatluse all on betooni kuivamiskahanemisest tingitud probleemid, sealhulgas purunemised täidetud vuukide kohal, betoonplaatide kõverdumine ja ülemääraste pragude tekkimine.

Enamik betoonkonstruktsioonide projekteerijaid teavad, et betooni kuivades toimub mahukahanemine, kuid tihtipeale ei arvesta nad seda oma töödes. Ja isegi kui kahanemise protsess on arvesse võetud, esineb konfliktseid arvamusi parima tee leidmisel mahukahanemise kahjulike mõjude piiramiseks. Kahjuks ei ole ka katsetulemused nende konfliktsete arvamuste kinnitamiseks või kummutamiseks alati kättesaadavad, nagu näitavad allpool toodud näited.

VUUKIDE LAGUNEMINE

Betooni mahukahanemise laboratoorsetel uurimistel on selgunud, et ainult 34% 38-kuulisel kuivamisperioodil toimunud mahukahanemisest toimus esimesel kuul, ja 90% alles pärast 11 kuud kuivamist. Erinevalt põrandatest said katsekehad laborites kuivada kõigis neljas suunas.
Joonisel 1 on toodud erineva paksusega betoonplaatide kuivamiskahanemise sõltuvus ajast. Jooniselt selgub, et 15 cm paksune betoonpõrand, mis kuivab ühes suunas, saavutab pärast 12 kuud kestnud kuivamisprotsessi ainult 60% kogu mahukahanemisest. Sellel võivad olla praktikas soovimatud tagajärjed. Eestis levinud praktika järgi täidetakse betoonpõrandate vuugid valdavalt umbes üks kuu pärast põrandate valu. Paljude maade põrandate paigaldusjuhendites on nõue: vuuke ei tohi täita enne 90 päeva möödumist betooni paigaldamisest. Kuid vaadakem nimetatud 15cm paksust betoonplaati joonisel 1. Kolm kuud pärast õhu käes kuivamist on betoonplaat kahanenud 30% võrra ning 1 kuu möödudes ainult 10-15% võrra kogu mahukahanemise lõplikust suurusest.

Praktilist lahendust probleemile pole veel esitatud. Ilmselt on parim lähenemine nõuda töövõtjalt vuukide täitmist nii hilja kui võimalik ning täita hiljem täiendavalt alad, kus täitematerjal on pragunenud või betooni küljest eraldunud.

BETOONPLAATIDE KÕVERDUMINE

Betoonplaatide kõverdumine on kuivamise ajal toimuva mahukahanemise üks tagajärgedest. Betoonplaadiks loetakse siin vuukidega piiratud pinda. Kõverdumine toimub tänu niiskussisalduse ja temperatuuri erinevustele betoonplaadi üla- ja alapinna vahel. Kõverdumine põhjustab betoonplaadi servade tõusmise ülespoole, nagu on näidatud joonisel 2. Tõus on suurim plaadi nurkades, kuna nurkades liitub plaadi ristuvate servade mahukahanemisest tingitud kõverdumine. Kuna betoonplaadi servad ei puuduta aluspinda, põhjustab betooni kaal plaadi äärtel üleslükkava jõu ka betoonplaadi keskel.

Joonis 3 näitab kontaktpinda betoonplaadi ja aluspinna vahel. Ringikujuline ala betoonpinna keskosas on küll alusega kontaktis, kuid tänu üles kerkinud konsoolsete servade kaalule avaldab alusele väga väikest survet.


Betoonplaadi paksus mõjutab märkimisväärselt tekkiva kõverdumise määra. Kuigi soovitatakse kõverdumise vähendamiseks kasutada suuremat betoonplaadi paksust, tuleneb teoreetilistest arvutustest siiski, et plaadi paksuse tõustes suureneb ka kõverdumise määr. Üheseid katsetulemusi tõestamaks või kummutamaks teoreetiliste kalkulatsioonide tulemusi hetkel veel ei eksisteeri.

LIIGNE PRAGUNEMINE

Takistatud kahanemine kuivamisel

Betoonplaatide kõverdumisel tekkivad sisepinged põhjustavad betooni pragunemist tänu plaadiservade tõusmisele ning aluse toe kadumisele. Kuid pragunemist võivad põhjustada ka kõikvõimalikud takistused betoonplaadi vabale kahanemisele. Iga betoonplaat toetub alusele (vähemalt need plaadi osad, mis ei ole kõverdumise tõttu üles tõusnud). Kui betoonplaat püüab kuivades lüheneda, osutab aluspind sellisele liikumisele vastupanu. Selle vastutöötamise ulatus on proportsionaalne aluse ja betoonplaadi vahelise hõõrdeteguriga.

Betoonpõrandate aluste hõõrdetegurid on enamasti vahemikus 0,5 kuni 3,5. Madal hõõrdetegur aluse ja betoonplaadi vahel võimaldab vuukide laienemist ilma pragunemise mahu suurenemiseta. Väikseim hõõrdetegur on polüetüleenkilel. Liiva väga madal hõõrdeteguri väärtus, peaaegu sama madal kui polüetüleenkilel, seletab projekteerijate suunda asendada killustikust või kruusast aluspinda liivast aluspinnaga. Selline lähenemine ei ole aga õigustatud dünaamiliste koormuste ja niiskete aluste korral.

Vuukide paiknemine

Ilmselt on betoonplaatide kuivamiskahanemise puhul kõige arvestatavam probleem mahukahanemisvuukide asukoht ning nende vaheline kaugus. Vuukide vaheline kaugus, mis minimiseerib kahanemisest tingitud pragunemise, sõltub samuti betoonplaadi paksusest. Praktikas tagab minimaalse pragunemise enamikel juhtudel kahanemisvuukide vaheline kaugus ca 4,5 m. Kui on arvata, et valitud betoonisegu kahaneb rohkem kui tavaline betoon, peavad vuugid asetsema isegi üksteisele lähemal. Kui on alust arvata, et betoon kahaneb vähem, võivad vuugid asetseda ka üksteisest kaugemal.

Kuigi suurem vuukide arv (väiksem vuukide vaheline kaugus) vähendab pragunemist, on vuugid siiski betoonpõranda nõrgimad kohad, kust algavad tavaliselt probleemid. Seetõttu on tänapäeva praktikas suund vuukide arvu vähendamisele ja vuukide vahelise kauguse suurendamisele.

Kirjandus:
1. William F. Perenchio, “The Drying Shrinkage Dilemma”, Concrete Construction, märts 1997
2. R.F. Ytterberg, “Shrinkage and Curling of Slabs on Grade,” Concrete International, juuni 1987
3. Heikki Siro, “Betonilattiat”, Rakentajain Kalenteri 2000