Alkalireaksjoner i betong hva har vi lært i løpet av 25 år?

Transkript

1 Alkalireaksjner i betng hva har vi lært i løpet av 25 år? Jan Lindgård Senirfrsker SINTEF Byggfrsk Bergindustriens høstmøte, Trndheim 16. ktber 2015 Byggfrsk 1 Innhld Litt m skademekanismen alkalireaksjner (AR) Eksempler på skader - knsekvenser Litt histrikk m AR i Nrge Fra "panikkfase" til velfungerende regelverk vha. FU Hva nå? Pågående FU Behv fr å lære mer? Framtidig regelverk? Byggfrsk 2 Bergindustriens høstmøte, Trndheim 16. ktber2015, Jan Lindgård 1

2 Alkalireaksjner i betng hva har vi lært i løpet av 25 år? Vi har lært mye, g vi lærer stadig mer! men vi er ikke utlært. Byggfrsk 3 Litt m skademekanismen alkalireaksjner Alvrlig skademekanisme fr betngknstruksjner Kun alkali-silika reaksjner (ASR) i Nrge (kalles alkalireaksjner AR) Høy ph i betngen (~ ) løser pp silika (SiO 2 ) fra alkalireaktive tilslag (sand g stein) Det dannes en alkali-silika-gel sm absrberer vann g sveller Byggfrsk Bergindustriens høstmøte, Trndheim 16. ktber2015, Jan Lindgård 2

3 Svellingen av alkali-silika-gelen fører til ekspansjn g pprissing Nrge: Nrmalt >10-20 år Internasjnalt: Raskere reaksjn hvis hurtigreagerende bergarter eller varmt klima Krakeleringsriss på frie flater Riss parallelt med lastretningen Byggfrsk Tre betingelser må være ppfylt fr at AR skal utvikles Alkalireaktive tilslag AR vil ikke pptre hvis ett av hjørnene kuttes Nødvendige parametere Hastigheten av AR øker med økende temp. Høyt alkaliinnhld (= høy ph) Høyt fuktinnhld Byggfrsk 6 Bergindustriens høstmøte, Trndheim 16. ktber2015, Jan Lindgård 3

4 Hvr mye alkalier trengs fr at skader kan ppstå? 0,20 Ekspansin 0,15 0,10 0,05 0,00 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 Alkaliinnhld 5,0 6,0 Avhengig av reaktivitet av tilslag g type sement / bindemiddel Prinsipiell illustrasjn av frhld mellm alkaliinnhld (ph) g ekspansjn pga. AR Ren Prtlandsement (CEM I): >2,5-3 kg/m 3 Na 2 O ekv. Nrcem StdFA (CEM II): >6,5-7 kg/m 3 Na 2 O ekv. (dvs. > kg/m 3 ) Byggfrsk 7 Hvr mye fukt kreves fr å utvikle AR? 100 Damage (expansin) Relative Humidity (RH), % Økende fukttilgang vil nrmalt frverre skadeutviklingen Prinsipiell illustrasjn av frhld mellm fuktinnhld (RF) g skade pga. AR Alle utendørs knstruksjner g innendørs fuktbelastede knstruksjner må støpes med ikke-alkalireaktiv betng Byggfrsk Bergindustriens høstmøte, Trndheim 16. ktber2015, Jan Lindgård 4

5 Eksempler på skader Bru i Nrdland Ft: Jan Lindgård Byggfrsk 9 Tpp av søyle (kabelføring) Ft: Jan Lindgård Byggfrsk 10 Bergindustriens høstmøte, Trndheim 16. ktber2015, Jan Lindgård 5

6 Brupilar Merk: Krakeleringsriss der det regner Ft: Jan Lindgård Byggfrsk 11 Kjerneprøver bret ut fra søyle Merk: 1. Risset stpper i dybde ca. 50 mm 2. "Hvedriss" parallelt med trykkretningen Ft: Jan Lindgård Byggfrsk 12 Bergindustriens høstmøte, Trndheim 16. ktber2015, Jan Lindgård 6

7 Søyle med krakeleringsriss Merk 1: Rissviddene er mindre enn de ser ut til på avstand Merk 2: Kan ppstå krrsjn hvis klrider trenger inn i riss sm går inn til armeringen Ft: Benit Furnier, Laval University, Canada Byggfrsk 13 Alkalireaksjner i nrske betngbruer Vertikal pprissing i søyle (1950, ftgrafert 2014) Ft: Eva Rdum Ft: Eva Rdum Eva Rdum, Statens vegvesen Bergindustriens høstmøte, Trndheim 16. ktber2015, Jan Lindgård 7

8 Alkalireaksjner i nrske betngbruer Opprissing i tårnsøyle (1969, ftgrafert 2012) 0,7 mm Ft: E. Rdum, Statens vegvesen Rebet Eva Rdum, Statens vegvesen Mastefundament Ft: Statnett Merk: Kan ppstå frstfrvitring når vanninnhldet øker pga. AR g økende pprissing Byggfrsk 16 Bergindustriens høstmøte, Trndheim 16. ktber2015, Jan Lindgård 8

9 Bæreevnemessige knsekvenser (frts.) Dam med mfattende ekspansjner Den reduserte strekkfastheten vil gi redusert kapasitet fr alle strekkrelaterte bæremekanismer (skjær, trsjn, heft, frankring g skjøting av armering) eks. jernbanesviller: redusert heft langs spenntau reduserer bæreevnen Dammer: damluker kan kile seg praktiske prblemer dilatasjnsfuger kan tettes tvangskrefter kan ppstå (f. eks. hvis + T) Bruer: lagere kan få bevegelser/frskyvninger verskredet kapasitet? søyler kan få defrmasjner/tvangskrefter i tppen Ft: Jan bæreevne? Lindgård dilatasjnsfuger kan tettes kan få tvangskrefter (f. eks. hvis + T) Byggfrsk 17 Knsekvens av "vksende" dampilarer - fare fr kiling av luker Ft: Jan Lindgård Byggfrsk 18 Bergindustriens høstmøte, Trndheim 16. ktber2015, Jan Lindgård 9

10 Knsekvens av tvangskrefter Ft: Jan Lindgård Byggfrsk 19 Tpp dam - kraftig pprissing Ekspansjn lkal knusning i fuger Ft: Jan Lindgård Byggfrsk Bergindustriens høstmøte, Trndheim 16. ktber2015, Jan Lindgård 10

11 Litt histrikk m AR i Nrge Ca. 25 års erfaring Betraktet sm et "ikke-eksisterende prblem før ca Et strt antall fuktbelastede knstruksjner har utviklet AR-skader Bruer, dammer, fundamenter, støttemurer, jernbanesviller Svømmebasseng (spesielt spa-anlegg) Pre-fabrikkerte betngelementer i fasader Betngvarer (avløpsrør, betngblkker) "Panikkfasen" (sett fra en frskers synsvinkel) Str usikkerhet i bransjen ( ) Er mitt tilslag alkalireaktivt? Kan jeg frtsatt selge tilslag til betngfrmål? Hvrdan skal vi prdusere bestandig betng? Må vi kjøpe tilslag fra andre reginer? Årdal i Ryfylke (ikke-reaktiv naturfrekmst) Byggfrsk 21 Hvrdan angrep vi prblemet? Flere etterfølgende FU-prsjekter ledet av SINTEF Samarbeid med viktige aktører i bransjen g Nrges Frskningsråd Stadig økende internasjnalt samarbeide Hvedfkus: Unngå skader på nye knstruksjner Utbredelse av alkalireaktive bergarter i Nrge ( ) Kartlegging av skadde knstruksjner ut fra gegrafi g gelgi Strukturanalyser av betngkjerner (hvilke bergarter er alkalireaktive?) Petrgrafisk analyse av tilslag (hvr finner vi de alkalireaktive tilslagene?) 70x280 mm 2.2x1.4 mm Planslip Tynnslip Byggfrsk 22 Bergindustriens høstmøte, Trndheim 16. ktber2015, Jan Lindgård 11

12 Hvr finner vi alkalireaktive tilslag? I tillegg: Frkastnings-/frskyvningssner Løsmasser Siltstein Mylnitt Tilslag fra alle reginer i Nrge må dkumenteres mht. alkalireaktivitet Byggfrsk 23 Hvrdan angrep vi prblemet? Hvedfkus: Unngå skader på nye knstruksjner Utbredelse av alkalireaktive bergarter i Nrge ( ) Videreutvikling av prøvingsmetder fr tilslag Nrske FU-prsjekter: EU-prsjekter: RILEM: Hvrdan skal vi trygt benytte alkalireaktive tilslag? Funksjnsprøving inkl. i nrsk regelverk siden 1996 Grunnlaget fr generell bruk av Nrcem StandardFA Etablere (frbedre) link lab./felt : Omfattende feltkartlegging i Nrge (ca. 160 knstruksjner, primært bruer) Er metdene pålitelig? Bør akseptkriteriene revideres? Grunnlag fr revisjn av nrsk regelverk (NB21, 2004) 2004: Etablering av feltstasjner (SINTEF, Nrcem) Gir grunnlag fr framtidige frbedringer av metder, akseptkriterier g regelverk (nasjnalt g internasjnalt) Byggfrsk 24 Bergindustriens høstmøte, Trndheim 16. ktber2015, Jan Lindgård 12

13 SINTEFs feltstasjn Etablert 2004 (ppgradert 2014) - versikt juli 2015 Overflatebehandling 55 betngkuber Dam-elementer Dam-elementer Betngkuber (mange parallelle kuber i Lisba) Beskyttet lagring Byggfrsk 25 Dagens status nrsk regelverk Vi vet i dag hvrdan vi skal unngå alkalireaksjner i nye knstruksjner FU ved SINTEF i ca. 25 år 5 dr. grader ved NTNU Vigg Jensen (1993) Børge J. Wigum (1995) Bård Pedersen (2004) Nelia Castr (2012) Jan Lindgård (2013) Oversikt ver alle publikasjner finnes på FARIN er et Fagfrum fr AlkaliReaksjner I Nrge (etablert 1999) Vi har velfungerende metder g regelverk fr alkalireaksjner Dkumentasjn av tilslagets alkalireaktivitet "Funksjnsprøving" Hvrdan kan vi trygt benytte alkalireaktive tilslag? Byggfrsk 26 Bergindustriens høstmøte, Trndheim 16. ktber2015, Jan Lindgård 13

14 Nrsk regelverk vedr. AR 1993: Prøvingsmetder fr tilslag (SINTEF-rapprt) Alkalireaktivt tilslag? 1996: "Hvrdan bruke alkalireaktive tilslag på en trygg måte?" Nrsk Betngfrenings publikasjn nr. 21 (NB21): "Bestandig betng med alkalireaktivt tilslag" Frivillig rdning, men hurtig implementert i bransjen 2001: NB21 ble frmelt nrmativ referanse 2004: Revidert NB21 (gjeldende i dag) Nrmativ referanse til NS-EN : Reviderte prøvingsmetder (gjeldende i dag) NB32: "Alkalireaksjner i betng. Prøvingsmetder g krav til labratrier" Tre metder 1. Petrgrafisk analyse C Mørtelprismemetde C Betngprismemetde Funksjnsprøving (metde 3) Byggfrsk 27 Pågående FU ved SINTEF Hvedfkus: Funksjnsprøving "Hvrdan bruke alkalireaktive tilslag på en trygg måte?" : "COIN" Nrges Frskningsråd + partnere (Nrcem viktig aktør) PhD Jan Lindgård (2013) ("pålitelighet av prøvingsmetder") : "KPN-ASR" Nrges Frskningsråd + partnere (Nrcem viktig aktør) Utvidet internasjnalt samarbeide (Eurpa, Canada, RILEM) Deltema: Pålitelighet av funksjnsprøvingsmetde Akseptkriterier? Alkalibidrag fra tilslag ("alkali release") Internt alkaliinnhld/ph (pst-dc. NTNU) Link lab./felt (feltstasjner, bruer, dammer) Karakterisering av riss i felt g i lab. Restekspansjn AR i lettbetng Byggfrsk 28 Bergindustriens høstmøte, Trndheim 16. ktber2015, Jan Lindgård 14

15 Pågående FU i regi av Statens vegvesen Etatsprgram «Varige knstruksjner» ( ) Prsjekt TB: Tilstandsutvikling bruer TB1: TB2: Alkalireaksjner (ledes av Eva Rdum) TB3: TB Prsjekt TT: Tilstandsutvikling tunneler Prsjekt FB: Fremtidens bruer Prsjekt FT: Fremtidens tunneler Ft: Eva Rdum. Statens vegvesen Statens vegvesen er viktigste bidragsyter i Nrge vedr. FU på knsekvenser g tiltak SINTEF samarbeider aktivt med SVV på flere prsjekter Byggfrsk 29 Framtidig FU-behv? Frtsatt fkus på: Funksjnsprøving link lab./felt Inkl. "alkalibidrag fra tilslag" Må vi ta hensyn til dette? Hvrdan? Antatt hvedfkus: Skadeutvikling, knsekvenser, tiltak / rehabilitering Karakterisering av skademfang Overflateriss + intern pprissing (inkl. bildebehandling) Ekspansjn Vurdering av knsekvenser (ulike knstruksjnstyper) Estimering av videre skadeutvikling Restekspansjn Endring av materialegenskaper Synergi med andre skademekanismer Tiltak / rehabilitering Behv fr tiltak? Effektive tiltak fr å bremse skadeutviklingen? Metder fr frsterkning / ppgradering? Byggfrsk 30 Bergindustriens høstmøte, Trndheim 16. ktber2015, Jan Lindgård 15

16 Framtidig regelverk? Dagens regelverk (inkl. testmetder) vil ikke endres de nærmeste 4-5 årene NB21 g NB32 Ingen vesentlige endringer før FU-prsjektet "KPN-ASR" er ferdig i 2018 Kan bli mindre frbedringer av enkelte paragrafer i NB21 Usikkert når vi vil få felles eurpeiske prøvingsmetder Stadig økende internasjnalt samarbeide Nrge meget aktiv i RILEM Int. rg. sm freslår prøvingsmetder, bl.a. fr CEN Aktiv deltagelse i mer enn 15 år Nrsk ledelse i RILEM TC "AAA" ( ) Status vedr. AR i RILEM Prøvingsmetder fr tilslag g "rammeverk" publisert høsten 2015 Pågående arbeid ( ) vedr. funksjnsprøving, link lab./felt g alkalibidrag fra tilslag Felles eurpeiske prøvingsmetder tidligst fra ca (?) Byggfrsk 31 Takk fr ppmerksmheten! Byggfrsk 32 Bergindustriens høstmøte, Trndheim 16. ktber2015, Jan Lindgård 16