BETONGTILSLAG: -Påvirkning på betongens egenskaper

Transkript

1 BETONGTILSLAG: -Påvirkning på betongens egenskaper - Krav til teknisk dokumentasjon Bård Pedersen Vegdirektoratet, Vegavdelingen Tunnel- og betongseksjonen

2 Betongtilslag Disposisjon Krav i NS-EN 206 og NS-EN Tilleggskrav i R762 Prosesskode 2 Sertifisering av tilslagsprodusenter Vurderinger på forhånd - Hva skal man være spesielt oppmerksom på? Egenskaper Effekt på betongens ferske egenskaper/støpelighet Effekt på mekaniske egenskaper Effekt på bestandighet Tunnelmasse brukt til betongformål

3 Innledning Tilslag - volumfordeling Tilslag = sand + stein utgjør % av volumet Tilslaget har STOR innvirkning på betongens egenskaper Teknologidagene 2017: Teknisk kvalitetskontroll

4 Betongtilslag Noen egenskaper er viktigere enn andre: Tilslag har effekt på ALLE betongens egenskaper, som vann/sement-behov, støpelighet, mekaniske egenskaper og bestandighet. Egenskaper som kornform, gradering (og variasjon i gradering), finstoffinnhold, mengde glimmer, slaminnhold etc. slår direkte ut på støpelighet og reseptøkonomi vi kan derfor forvente at betongprodusent og entreprenør har høy fokus på disse egenskapene. Også egenskaper ved tilslaget som slår ut på fasthet vil (normalt) fanges opp fordi fasthet måles regelmessig Vi skal sjekke alle egenskapene, men noen egenskaper er viktigere å sjekke enn andre, spesielt egenskaper som slår ut på betongens bestandighet: Alkalireaktivitet, syreløselig sulfat, svovelinnhold, magnetkis, frostbestandighet, kloridinnhold

5 Formelle krav Krav til dokumentasjon og egenskaper Nasjonale krav til prøvingshyppighet og egenskaper for betongtilslag er gitt i nasjonalt tillegg til NS-EN 12620, Tabell NA.2 (2016) I tillegg til nasjonale krav stiller Statens vegvesen noen tilleggskrav gitt av håndbok R762 (Prosesskode 2). Disse kravene er også gjengitt i Tabell NA.2 i nasjonalt tillegg til NS-EN 12620

6 Tekniske krav og prøvingshyppighet Utdrag fra Tabell NA.2 i NS-EN (for full oversikt se standarden!)

7 Formelle krav Sertifisering og CE-merking Alt tilslag skal være produsert og dokumentert iht. NS-EN 12620, og produktene skal være CE-merkede Produksjonskontrollen skal overvåkes og sertifiseres av et eksternt kontrollorgan (i Norge er dette i praksis Kontrollrådet) For tilslag gjelder i Norge attestasjonssystem 2+ (definert i EUs byggevareforordning) Det er altså produksjonskontrollsystemet som er sertifisert, og ikke selve produktene. Kontrollrådet (eller annet kontrollorgan) utsteder produksjonskontrollsertifikat Produsentene er selv ansvarlig for typeprøving, og utsteder selv ytelseserklæringer for alle produkter Merk at for produkter som sement, flygeaske, silikastøv etc. gjelder det strengeste systemet 1+ som i praksis er en produktsertifisering

8 Geometriske egenskaper Tilslagsstørrelser Begreper rundt tilslagsstørrelser kan være forvirrende på mange av oss. Betegnelser i prosjekteringsstandarden NS-EN og betongstandarden NS-EN 206: D lower D upper- D max Den minste verdi av D for den groveste fraksjonen av et tilslag iht. betongspesifikasjon Den største verdien av D for den groveste fraksjonen tilslag i betong i henhold til betongspesifikasjonen Den største diameteren for det grove tilslaget som virkelig er levert i betongen. Skal være angitt på følgeseddel Hva sier R762: Tilslagets største nominelle kornstørrelse Dmaks skal velges ut fra armeringstetthet og andre hindringer for utstøpingen, men skal ikke være mindre enn 16 mm eller større enn den minste av angitt Dupper og 32 mm

9 Geometriske egenskaper Tilslagsstørrelser forts. Betegnelser i NS-EN Tilslag til betong: d nedre siktestørrelse for et tilslag D øvre siktestørrelse for et tilslag En tilslagsfraksjon uttrykkes som d/d, for eksempel 8/16 mm Merk at det alltid vil forekomme både underkorn og overkorn Hva betyr egentlig 16/22 mm iht kategori Gc80/20: % passering på 22 mm siktet (dvs inntil 20 % større korn) Selv ikke på 1,4 D (dvs. 31 mm) er det krav om 100 % gjennomgang

10 Geometriske egenskaper Finstoffinnhold og «slaminnhold» Finstoff er kornstørrelsesfraksjonen av et tilslag som passerer 0,063 mm-sikten Mengde finstoff påvirker: Tilslagets vann/sement-behov Konsistens/støpelighet Finstoffmengde må tilpasses for hver enkelt betongtype Lav-kvalitetsbetonger med lite sement «tåler» mer finstoff enn høyfaste betonger med mye sement NB: Finstoffmengde forteller ikke hele sannheten, andel partikler µm har svært stor betydning Statens vegvesen stiller derfor krav til «slaminnhold» iht. metode gitt av Håndbok R210 (maks 15 %) P1-kurs

11 Betongforsøk eksempler på effekt av gradering og mengde slam Materiale lånt fra Tom Fredvik, NorBetong: Konstant betongsammensetning, B35 M45 D16, kun varierende «tilslagstyper» sand/stein-fordeling = 60/40 stein: 8/16 Årdal STD-FA sement Vanninnhold 180 liter SP-dosering tilpasset ønsket konsistensnivå for «referansen» i hver serie

12 Effekt av korngradering, 0/8 knust

13 Ref. m/ Årdal 115 Effekt av korngradering, 0/8 knust fra Velde Synk = 220 mm Utbredelse = 410 mm Synk = 160 mm Utbredelse = 270 mm Synk = 70 mm Utbredelse = 200 mm Grov Medium Fin Teknologidagene 2017: Teknisk kvalitetskontroll

14 Effekt av slaminnhold, 0/8 natur

15 Effekt av 15% og 20 % slam i 0/8 natur Synk = 220 mm Utbredelse = 370 mm Synk = 85 mm Utbredelse = 210 mm Synk = 20 mm Utbredelse = 200 mm 10% slam 15% slam 20% slam Teknologidagene 2017: Teknisk kvalitetskontroll

16 Geometriske egenskaper Kornform stenglighet og flisighet Stenglige og/eller flisige korn er ugunstig og gir økt vann/sementbehov og redusert støpelighet Dårligere pakning, trenger mer plass til å bevege seg relativt hverandre Flisighetsindeks (FI) er vanligste metode i Norge. Brukes for tilslag > 4 mm, ingen metoder for sand FI > ca er relativt dårlig SVV: krav om FI 20 eller bedre Minste prøvingshyppighet: 1/måned Teknologidagene 2017: Teknisk kvalitetskontroll

17 Fysiske egenskaper Absorbert vann - porøsitet Vann innkapslet i tilslagets porer Absorbert vann regnes ikke med i betongens v/c-tall Fritt vann inngår i beregning av v/c-tallet Totalt vanninnhold = absorbert vann i tilslaget + fritt vann Også relevant for frostbestandighet se neste slide Hyppighet: minimum 1/år Krav SVV: Maks 1,5 % for sand-fraksjoner (< 8 mm) Maks 1,2 % for stein-fraksjoner (> 8 mm)

18 Bestandighet Motstand mot frysing og tining for grovt tilslag Det kreves frostbestandig tilslag for betong som brukes i fuktig miljø utsatt for frysing og tining Petrografisk undersøkelse av svake og/eller sterkt absorberende korn kan gi en indikasjon på tilslagets frostbestandighet Tilslaget regnes som frostsikkert dersom minst ett av følgende krav tilfredsstilles: a) kategori F1 iht. Tabell 18/NS/EN b) vannabsorpsjon 1 % c) vannabsorpsjon 2 % kombinert med dokumentert felterfaring

19 Bestandighet Kloridinnhold Kloridinnhold påvirker: Høy mengde klorider gir korrosjon på armeringsstålet Armeringskorrosjon forårsaket av klorider er den vanligste skadeårsaken for bruer og kaier Klorider fra sjøvann og tinesalter i tillegg til klorider i tilslag og sement Maksimalt tillatt kloridinnhold i tilslag er 0,01 % (SVV-krav) Prøvehyppighet: Minst 1 per annet år Strengere ved tilslag av marin opprinnelse og ved resirkulert tilslag, se NS-EN 12620, nasjonalt tillegg Teknologidagene 2017: Teknisk kvalitetskontroll

20 Bestandighet Alkalireaksjoner Reaksjon mellom mikrokrystallin eller deformert kvarts i tilslaget, og alkalihydroksider Oppløsning og dannelse av alkali-gel, som er vannsugende og svellende Gir volumøkning og opprissing når strekkfastheten overskrides Krakeleringsriss på frie flater Riss parallelt med belastningsretningen Klemming av fuger Forskyvning av lagre Ekspansjon/ deformasjon Langsom reaksjon,15-20 år før synlige tegn, ofte lengre tid før skadene blir alvorlige Teknologidagene 2017: Teknisk kvalitetskontroll

21 Elgeseter bru, Trondheim. Grove riss i søyler pga. alkalireaksjoner 3,0 mm Foto: NBTL, 2011

22 Elgeseter bru Lengde 200 m, 9 spenn Fugeåpning: Redusert fra 200 til 20 mm på 50 år Lengdeutvidelse av overbygning -> forskyvning av søyletopper -> tilleggskrefter l = 200 mm

23 Fetsund bru. Kombinasjon av alkalireaksjon og frostnedbrytning

24 Bestandighet Regelverk for alkalireaktivitet Norsk standard (NS-EN 206 og NS-EN 12620) henviser til Norsk Betongforenings publikasjon nr. 21 Finnes ikke felleseuropeisk regelverk for alkalireaksjoner, hvert land har sine egne regler

25 Bestandighet Alkalireaktive tilslag Ved petrografisk analyse kan spesialtrenede geologer bestemme om tilslaget er alkali-reaktivt eller ikke Andel «risikobergarter» er et mål på reaktivitet Omregnes til «sammenligningsverdi» Tilslag med Sv 20 regnes som alkalireaktive Tilslag med Sv < 20 regnes som ikke-reaktive Regneregler ved blanding av tilslag/fraksjoner: Vektet middelverdi Sv < 20 % for at tilslaget skal være ikke-reaktivt. I tillegg skal bidraget fra reaktiv stein være < 15 %

26 Bestandighet Hva hvis tilslagsblandingen er alkalireaktiv? A) Hvis tilslaget er ikke-reaktivt: ingen begrensninger i alkalimengde/type sement B) Med alkali-reaktivt tilslag: Generell grenseverdi for CEM I på 3,0 kg/m 3 (Na 2 O- ekvivalenter) (NB: vil bli skjerpet til 2,5 kg/m 3 i revidert utgave som kommer ut i disse dager) For flygeaske- og slaggsementer: Grenseverdier kan dokumenteres ved bruk av funksjonsprøving. Oppdatert liste over godkjente kombinasjoner finnes i NB 21, Vedlegg C (

27 Bestandighet Sulfat, svovelinnhold og kismineraler Krav pga. fare for skadelige svellereaksjoner/ nedbrytning av sementpasta 0,8 % syreløselig sulfat (AS 0,8 ). Statens vegvesen har skjerpet krav til AS 0,2 Total mengde svovel 1 %. Ved påvist magnetkis: total mengde svovel 0,1 % Merk at det alltid skal analyseres for magnetkis, analyseres vha. DTA (differensialtermisk analyse) Hyppighet: 1 gang per år Teknologidagene 2017: Teknisk kvalitetskontroll

28 Skader pga. magnetkis Fra Trois-Rivieres i Quebec i Canada Skader på hundrevis av grunnmurer som må skiftes ut totalt skadeomfang på flere hundretalls millioner kroner Betongen ekspanderer, og sementpastaen «smuldrer opp». Mye raskere reaksjon enn alkalireaksjoner Pågående forskning for å forstå skademekanismen bedre

29 Kjemiske forurensninger Humus/organiske stoffer Humus påvirker: Forsinker størkning/avbinding av betong. Store mengder kan i ekstreme tilfeller hindre at betongen binder av Forsinker herdingen av betong, dvs. utsetter utvikling av fasthet og tetthet Prøving: sand blandes med NaOHløsning. Økende mengde humus gir mørkere farge

30 Mineralogi Glimmerinhold Glimmermineralene har stor overflate, som binder mye vann Gir økt vann/sement-behov, kan også gi redusert fasthet. Friknust glimmer fra knuste materialer er ofte mer ugunstige enn fri glimmer fra naturlig avsatte sandforekomster Ikke krav til glimmer iht. NS-EN eller NS-EN 206. Statens vegvesen stiller krav om maks 20 % fri glimmer i fraksjonen 0,125-0,250 mm (meget liberal grense)

31 Mekaniske egenskaper Effekt på fasthet og E-modul i betong Tilslaget har svært stor betydning for betongens stivhet (E-modul) Tilslaget har også stor betydning for betongens trykkfasthet. Effekten øker med økende fasthet Se eksempler:

32 Effekt av tilslag på fasthet (terning) Identiske resepter SV-40 m=0,39, 4 % luft Anlegg FA-sement Tilslag fra ulike deler av landet, hovedsakelig fra løsmasser Ref: SVV rapport 177

33 Effekt av tilslag på E-modul Ref: SVV rapport 177

34 Mekaniske egenskaper Hvilke egenskaper ved tilslaget har betydning? Motstand mot knusning (Los Angeles verdi) gir en indikasjon på hvilken effekt tilslaget gir i betong, spesielt for E-modul Krav om LA 35 eller bedre for grovt tilslag SVV: skjerpet krav om LA 30 eller bedre ved fastheter > B45 (Merk at krav til LA-verdi for fint tilslag er fjernet) Også andre forhold ved tilslaget enn mekanisk styrke har betydning for betongens fasthet F.eks. kornform, tilslagets ruhet, belegg på korn etc

35 «Kortreist stein» Bruk av tunnelmasser som betongtilslag? Blir mer og mer aktuelt å bruke stein fra tunnelprosjekter til veg, asfalt og betong Vekslende geologi med sterk variasjon i egenskaper stiller store krav til kvalitetssikring Tilslagsstandarden NS-EN er skrevet for grustak og pukkverk som er relativt homogene. Ved bruk av masser fra tunnel må det iverksettes et langt strengere kontrollregime enn det standarden har som minstekrav Teknologidagene 2017: Teknisk kvalitetskontroll

36 Lyshorntunnelen profil Geologiske forhold