Selvutslettende betongankre

Transkript

1 Selvutslettende betongankre Harald Justnes SINTEF

2 Innledning ankere brukes til feste av undersjøiske detektorer ved elektromagnetiske undersøkelser etter olje og gass ankeret sørger for at detektoren synker stabilt og ligger støtt på havbunnen Når undersøkelsen er ferdig løses detektoren ut og en flottør sørger for at den flyter til overflaten ankeret blir liggende igjen og vil være et fremmedlegeme som kan forstyrre trålfiske etc Det var derfor ønskelig å lage et betonganker som falt fra hverandre etter en viss tid, også som sikkerhet for å gjenvinne det kostbare detektorutstyret hvis utløsermekanismen skulle feile. BETONG MED ØNSKET LEVETID 3-6 MÅNEDER!

3 Detektor festet på betonganker

4 Målsetting Hovedmålsettingen var å utvikle en betong som ville ha tilstrekkelig fasthet til å funksjonere som anker, og som etter begrenset tid i kontakt med vann (helst kun sjøvann) ville falle fra hverandre av seg selv Bestanddelene i denne betongen måtte i tillegg ikke utgjøre noen fare for miljøet (f eks marint liv) og helst allerede finnes i naturen (utelot derfor plastiserende stoffer)

5 Prinsipp Bindemiddel i betong består hovedsakelig av amorf CSHgel med ca 25% krystallinsk kalsiumhydroksid innstøpt Hvis tilstrekkelig mengder kalkstein tilsettes betong, som filler eller tilslag, så er det kjent at den vil bli sterkt nedbrutt av sulfatangrep ved lave temperaturer (< 15 C), selv om SR-sement blir brukt Bindemidlet vil faktisk smuldre opp ettersom det hydrauliske bindemidlet CSH-gel omdannes til thaumasitt som ikke har noen bindende evne.

6 Thaumasitt Thaumasitt er gresk for noe sånt som overraskelse siden det består av hele 3 anioner; silikat, karbonat og sulfat (uvanlig for mineraler) Tre komponenter trengs altså for å danne Thaumasitt; Ca 3 Si(OH) 6 (CO 3 )(SO 4 ) 12H 2 O 1. Kalsiumsilikat (tas fra sementens bindemiddel) 2. Kalsiumkarbonat (f eks fra tilslag eller filler) 3. Sulfat (vanligvis inntrengt fra omgivelsene)

7 1. prinsipp for selvutslettende betong Resept med tilstrekkelig høy mengde kalksteinsmel og høy v/c for å gi en rask inntrengning av sulfater fra f eks sjøvann (2,65 g SO 4 2- /l). Ville være stabil ved tørr og våt lagring. Nedbrytningshastighet i sjø ville kunne reguleres ved v/c (dvs porøsitet). Nedbrytningsprosessen ville skje fra overflaten og inn

8 2. Prinsipp for selvutslettende betong Resept med tilstrekkelig kalksteinsmel og kalsiumsulfat (støkiometrisk forhold for thaumasitt). Kalsiumsulfat i form av gips, hemihydrat eller anhydritt. Anhydritt sannsynligvis best for støpelighet. Reaktivitet ville kunne reguleres ved fremstillingstemperatur ( dødbrent ) og finhet. Ville være lagringsstabil under tørre forhold. Nedbrytningsprosessen ville starte i både ferskvann og sjøvann. Nedbrytningen ville skje jevnt over hele tverrsnittet.

9 resepter med kun kalksteinsmel Miks nr. 1 (0%) 2 (20%) 4 (40%) 6 (60%) 8 (80%) Industrisement (kg/m 3 ) Kalksteinsmel (kg/m 3 ) Årdal sand 0-8 mm (kg/m 3 ) Frøseth sand 0-4 mm (kg/m 3 ) Verdalskalk 8-16 mm (kg/m 3 ) Fritt vann (kg/m 3 ) v/c 0,550 0,631 0,731 0,835 0,915 Synk mm, luft 1,2-1,3 vol%, pulvermengde konstant

10 Resepter med kalksteinsmel/anhydritt Miks nr. 1 (0%) 3 (20%) 5 (40%) 7 (60%) 9 (80%) Industrisement (kg/m 3 ) Kalksteinsmel (kg/m 3 ) Anhydritt (kg/m 3 ) Årdal sand 0-8 mm (kg/m 3 ) Frøseth sand 0-4 mm (kg/m 3 ) Verdalskalk 8-16 mm (kg/m 3 ) Fritt vann (kg/m 3 ) v/c 0,550 0,750 0,950 1,224 1,448 Synk mm, luft 0,9-1,4 vol%, pulvermengde konstant

11 Herdebetingelser Lagret i ferskvann i 7 døgn ved 20 C før de ble videre herdet i 1. Ferskvann ved 20 C 2. Sirkulerende sjøvann ved 5-9 C 3. 5x konsentrert sjøvann ved 5 C

12 28 døgn fasthet følger v/c-loven Compressive strength 28 days, MPa Limestone Limestone and anhydrite Water/cement-law 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 w/c-ratio

13 Fasthet vs. Tid kun kalksteinsmel Lagring i sjøvann ved 8 C etter 7 døgn i ferskvann Compressive strength Days in sea water (8 o C) 0% LS 20% LS 40% LS 60% LS 80% LS 7 days in fresh water

14 Fasthet vs. tid, Kalkstein og anhydritt 55 Compressive strength, MPa % LS 20% LS 40% LS 60% LS 80% LS 7 days in fresh water Days in sea water (8 o C)

15 Miks 9 etter hhv 3 og 4 mnd i sjøvann

16 Tilstand etter 4 mnd i sjøvann 8 C

17 Tilstand etter 5 mnd i sjøvann 8 C

18 Produksjon av betongplater miks 5 ankere brukes vanligvis innen et halvt år etter produksjon 10 stk 900x900x90 mm plater ble produsert ved Spenncon Verdal Lagret innendørs og utendørs og testet ved nedbøyning til brudd Lagringstid Bruddlast (kn) etter innendørs lagring Bruddlast (kn) etter utendørs lagring 3 uker 13±2-4 måneder 14±2 17±3 6 måneder 19±3 19±3

19 Konklusjon Utvikling av betonganker som beholder tilstrekkelig fasthet i ca 2 måneder, og deretter faller i grus innen et halvt år, var så vellykket at kunden har patentsøkt konseptet Nedbrytning er basert på omvandling av bindemiddel til thaumasitt med alle bestanddeler i resepten slik at kun vann er nødvendig Den best egnede resept ble vurdert til å være 40% kalksteinsmel og 52% anhydritt i forhold til sementvekt (210 kg/m 3 ) og v/c = 0,93 ankeret tåler minst 6 måneder utendørs lagring uten fasthetstap