Høye doseringer flygeaske og slagg i betong

Transkript

1 Høye doseringer flygeaske og slagg i betong Utfordringer og fordeler Bård Pedersen Vegdirektoratet, Tunnel og betongseksjonen

2 Norske erfaringer med høye volumer FA Bakgrunnen for fokuset som SVV har på FA er Bjørvika-prosjektet og behovet for rissfrie/vanntette konstruksjoner. Bindemiddelets varmeutvikling var da i fokus. Opp til 65 % FA i % av Portlandsement. (Tilsvarer 39 % av totalt bindemiddel) Hydratasjonsvarme i % av ANLsement: Flygeaske: 30 % Slagg: %

3 Nederlandske erfaringer med slaggsementer Det aller meste av nederlandske marine konstruksjoner siden 1920-årene er bygd med slaggsement. Normale slaggmengder er % Særdeles god motstand mot kloridinntrengning

4 Fakta om slagg og flygeaske Slagg Biprodukt fra produksjon av råjern 1 tonn jern =>ca kg slagg Potensielt hydraulisk trenger aktivering vha høy ph Blandes tradisjonelt med Portlandsement i mengde % (av totalt bindemiddel) I kommersiell bruk i Tyskland fra 1865 (først blandet med kalk, deretter med PC) Flygeaske Biprodukt fra kullfyrte kraftverk Pozzolant materiale som reagerer med CH fra hydratasjon av sement. Blandes tradisjonelt med PC i mengde % (av totalt bindemiddel) I bruk i USA fra 1940-tallet Høye doseringer (> 40 %) er fortsatt relativt uvanlig

5 Miljøhensyn Positivt for miljøregnskapet å bruke avfallsprodukter i stedet for sementklinker At konstruksjonene våre får betydelig lengre levetid gir et enda større bidrag til miljøregnskapet

6 Hva sier standardverket om bruk av flygeaske og slagg?

7 Sementstandarden (EN 197-1) opererer med 27 familier.

8 På det norske markedet: Ord. Portlandsementer Miljøsement St. FA, Anl. FA

9 Muligheter og begrensninger i standardverket A) I bruk i sement (EN 197-1) gjennom følgende klasser: CEM II/A-V, CEM II B/V, CEM II/ A-S, CEM II B-S opp til 35 % flygeaske eller slagg CEM III/ A, B eller C (opp til 95 % slagg) CEM IV/ B (pozzolan sement, opp til 55 % flygeaske) B) Som tilsetningsmateriale, med begrensninger gitt av betongstandarden NS-EN K-faktor 0,4 for flygeaske K-faktor 0,6 for slagg

10 Viktige effekter av FA og slagg Begge gir økt mengde CSH, og tettere porestruktur, gir redusert mobilitet av klorider og andre ioner Redusert mengde CH, dvs at karbonatisering kan gå raskere (for betonger med høye masseforhold ) Figur viser utvikling av CH som funksjon av tilsatt mengde flygeaske

11 Aksellerert karbonatisering, 16 uker

12 Viktige effekter forts. Redusert mengde OH - og alkalier i porevæsken. En av hovedgrunnene til at slagg og FA motvirker alkalireaksjoner

13 Redusert fasthet spesielt i tidlig fase

14 Diff.koeff., D, [10-12 m2/s] Kloridinntregning - Std. Bulkdiffusjon (35d i 16,5% NaCl) 15 3 døgn 90 døgn 365 døgn 730 døgn ANL (ref) ANL 19FA ANL 33FA

15 Elektrisk motstand For høykvalitetsbetonger med D< 5 x klarer vi ikke å skille betongene vha diffusjonskoeffisient Elektrisk motstand har vist seg å skille betonger relatert til virkelig kloridinntrengning I tillegg kan motstand relateres til korrosjonshastighet er motstanden høy nok vil korrosjon teoretisk ikke være mulig

16 FA-mengde og utvikling av elektrisk motstand over tid

17 Elektrisk resistivitet ( m) Langtidsresultater for «Bjørvika-betongene» Resultatene etter 9 års vannlagring % fa 75% fa 60% fa 40% fa 100% finsk slagg 75% finsk slagg 75% engelsk slagg 40% engelsk slagg 40% finsk slagg 0% Flyveaske Alder (døgn) Slagg Referanse

18 Motstand mot alkalireaksjoner Flygeaske i doseringer fra ca 20 % og slagg fra doseringer ca 40 % er svært effektivt for å forhindre alkalireaksjoner Er i hovedsak relatert til lavere alkalinitet i porevæsken, som fører til lavere løselighet av reaktive bestanddeler I tillegg spiller den lavere ione -mobiliteten pga tettere porestruktur inn Tør vi slippe løs bruk av de mest reaktive tilslagene vi har? Hvordan dokumenterer vi at dette er sikkert?

19 Dora 1 ubåtbunkeren i Trondheim Bygd fra 1941 med lokalt reaktivt tilslag Del til høyre bygd med CEM I. Er verifisert vha kjerneprøver at tilslaget er likt for begge deler. Venstre del (mest sannsynlig) bygd med tysk slaggsement Ingen utvikling av ASR i del med slaggsement

20 Frostbestandighet relatert til mengde FA (betonger fra BSc-prosjekt ved UiA 2011) «Borås-metoden» Forsøksserien viser at selv veldig høye mengder FA i her gir «akseptabel» frostbestandighet Resultater fra andre serier (lab og feltbetonger) har vist betydelig dårligere frostmotstand.

21 Felteksponering 7 sesonger ved svensk vei -volumendring er relatert til avskalling av overflateskikt

22 Karbonatisering og frost 1) Betonger med CEM I (og lave mengder slagg): Karbonatisering gir redusert porøsitet, tettere porestruktur og redusert mengde frysbart vann 2) Betonger med høye mengder slagg (> 50 %?) gir redusert porøsitet, men en åpnere porestruktur og større mengde frysbart vann. Har vi tilsvarende effekt for høye mengder flygeaske?

23 Groing av riss For Bjørvika-prosjektet ble det gjort observasjoner som tyder på at «self-healing» av riss for slike betonger går betydelig saktere.

24 Fordeler: Oppsummering Økt motstand mot kloridinntrengning Kraftig redusert herdevarme (spesielt FA) God motstand mot alkalireaksjoner Potensielle problemer: Økt karbonatiseringshastighet Redusert frostbestandighet Liten motstand mot kloridinntrengning i tidlig fase (gjelder FA) Redusert evne til «self-healing» av riss?