Macroporosity and water penetration measurements of sprayed concrete: Open vs closed macroporosity, size, shape, orientation and anisotropy

Abstract

Hensikten med oppgaven var å undersøke makroporøsitet og permeabilitet til sprøytebetong. Dette innebar å (1) undersøke åpen og lukket makroporøsitet målt med PF-metoden, (2) sammenligne luftinnhold i ulike betongtyper målt med PF-metoden og bildeanalyse (IMA), (3) undersøke fordelinger av størrelse, form og orientering til makroporer med IMA, og (4) utføre vanninntrengingforsøk normalt på og parallelt med sprøyteretningen. Et litteraturstudium ble gjennomført, og resultater fra tidligere studier ble presentert sammen med resultatene fra forsøkene i dette prosjektet. PF-metoden, bildeanalyse og vanninntrenging ble gjennomført i samsvar med henholdsvis SINTEFs PF-prosedyre, ASTM C457 og NS-EN 12390-8, men prosedyrene ble justert.

Sprøytebetong har mye åpen makroporøsitet, og den åpne makroporøsiteten øker ved økende mengde størkningsakselerator. PF-metoden måler høyere luftinnhold enn IMA i konvensjonell betong, mens IMA måler høyest luftinnhold i sprøytebetong, jordfuktig betong, høyfast betong og støpt "sprøytebetong". Åpen makroporøsitet har tidligere blitt foreslått som en forklaring på avviket i luftinnhold målt med PF-metoden og IMA. Det ble likevel funnet at åpen makroporøsitet ikke kan forklare dette avviket alene.

Total makroporøsitet i sprøytebetong øker ved tilsetning av størkningsakselerator og økt strømningshastighet i slangen, men total makroporøsitet er høyere i støpt betong enn i sprøytebetong med samme betongsammensetning. Makroporene blir mer avlange i sprøyteprosessen og ved tilsetning av størkningsakselerator, og de ser ut til å orientere seg normalt på sprøyteretningen. Det virker som at formen til makroporene er upåvirket av sprøytevinkel, sprøyteavstand og betongsammensetning.

Vann trenger lettere inn i sprøytebetong normalt på sprøyteretningen enn parallelt med sprøyteretningen. Sprøytebetong med mye størkningsakselerator var mer permeabel enn sprøytebetong med lite størkningsakselerator. Det ser likevel ut til at sprøyting av kun størkningsakselerator (definert som "spytting") og lamineringsskader påvirker vanninntrenging mer enn mengde størkningsakselerator.

The purpose of the presented work was to investigate macroporosity and permeability of sprayed concrete. This entailed (1) examining open and closed macroporosity measured by the PF method, (2) comparing air contents in different types of concrete, measured by the PF method and image analysis (IMA), (3) investigating size, shape and orientation distributions with IMA and (4) performing water penetration tests normal and parallel to spraying direction. A literature review was carried out, and results from previous studies were presented together with the results of the experimental tests in this project. The PF method, image analysis and water penetration test were carried out in accordance with SINTEF's full PF procedure, ASTM C457 and NS-EN 12390-8, respectively, but certain adaptations were made.

Sprayed concrete has high open macroporosity, and the open macroporosity increases for increasing set accelerator dosage. The PF method measures higher air content than IMA in conventional concrete, whereas IMA measures the highest air content in sprayed concrete, zero-slump concrete, high strength concrete and cast "sprayed concrete". Open macroporosity has previously been suggested as an explanation for the deviation in air content measured by the PF method and IMA. However, open macroporosity can not solely explain this deviation.

Total macroporosity in sprayed concrete increases with addition of set accelerator and increased flow rate in the hose, but the total macroporosity is higher in cast concrete than in sprayed concrete with the same mix design. The macropores become more elongated by the spraying process and addition of set accelerator, and they tend to orient perpendicular to the spraying direction. The shape of the macropores seems to be unaffected by spraying angle, spraying distance and mix design.

Water penetrated sprayed concrete more easily normal to spraying direction than parallel to spraying direction. The sprayed concrete with high set accelerator dosage was more permeable than the sprayed concrete with low set accelerator dosage. However, pure spray of set accelerator (defined as "spitting") and lamination damages seem to influence water penetration more than set accelerator dosage.