Luft i betong. Frostskader og praktiske utfordringer. Hedda Vikan Vegdirektoratet, Tunnel- og betongsseksjonen

Transkript

1 Luft i betong Frostskader og praktiske utfordringer Hedda Vikan Vegdirektoratet, Tunnel- og betongsseksjonen

2 Presentasjonens innhold Hvordan skades betong av frost? Luft i betong Luft og frostmostand Hvor mye luft må til? Viktigheten av riktig luftporestruktur Krav til luftmengde Hvordan oppnå ønsket luftvolum Effekt av betongsammensetning og utførelse på betongens luftinnhold Metoder for kontroll av frostbestandighet og luftporestruktur

3 Betongens sugende egenskaper Betong inneholder sugende, kapillær, porøsitet Luftbobler er ikke en del av kapillærsystemet og suger ikke vann Kapillær porøsitet avhenger bl.a. av v/c og hydratisering Høy v/c Høyt volum kapillær porøsitet

4 Vannmetning og isdannelse Betongen inneholder vann som ikke er forbrukt av sementhydratasjonen (v/c) Betong som ikke er vannmettet vil suge vann fra omgivelsene for å oppnå fuktlikevekt regn snøsmelting skvalpesonen for konstruksjoner i vann Ved frost utvides porevannet med 9 vol% spenning i betongmassen rissdannelser hvis betongen ikke har oppnådd høy nok fasthet.

5 Hvordan utvikles fryse-tineskader Nedbrytning av pasta Avskalling av overflaten, rissdannelse og frilagt tilslag Små sprekker dannes først. Ved opptining og fukting fylles disse med vann og ved påfølgende frysing utvides sprekkene og det dannes nye. En langvarig frostpåkjenning gir større skade enn en kortvarig, og gjentatte fryse- og tinepåkjenninger øker skadene. Foto: Tor Helge Johansen, 2009 Foto: Tor Helge Johansen, 2009 Fotos: Eva Rodum

6 Frostskader og korrosjon Frostskader medfører redusert effektiv armeringsoverdekking kanaler for fukt og salt inn til armering dannes korrosjon

7 Luft i betong - Form og mengder Naturlig Størrelsesorden 1-10 mm eller større Tilsatt Størrelsesorden 0,01-1mm i diameter Betong inneholder typisk 1-2 volum% naturlig luft, men kan også inneholde opptil 3-4%.

8 Hvor mye luft må til? Minst 3% luft er nødvendig for å sikre frostmostand ca. 1 2% «naturlig luft» i betong Kritisk luftmengde vil normalt ligge i området 3,5 7% avhengig av luftens fordeling

9 Viktigheten av luftporestruktur Indre trykk/spenningsoppbygging (P) øker med økende avstand mellom luftporene (L)

10 Viktigheten av luftporestruktur Frostmostand sikres ved hjelp av små og jevnt fordelte luftporer Spesifikt overflateareal overflateareal luftporer = luftvolum Likt luftvolum Lavt og høyt overflateareal Frostmoststand dokumentert for L 0,25 mm Tommelfingerregel for 6% luft: A 24 mm 2 /mm 3 og L 0,20 mm Likt overflateareal Høyt og lavt luftvolum

11 Krav til luft og frostbestandighet NS-EN NA Minimum 4% luft for MF40 og MF45 Øvre grense: Spesifisert verdi + 4% Ingen krav til luftporestruktur Bestandighetsklasse NS-EN MF 40 M 40 v/c 0,40 0,40 Minste luftvolum i fersk betong 4% - Minste effektive bindemiddelmengde 330 kg/m kg/m 3

12 Krav til luft og frostbestandighet HB 026 Prosesskode 2 SV-40 og SV-30 skal være i samsvar med MF40, unntaksvis M40 Minimum 4% luft Minste effektive bindemiddelmengde 330 kg/m 3 Luftinnførende tilsetningsstoff skal tilsettes betong til konstruksjonsdeler som utsettes for frysing/tining i fuktig tilstand tinesalt eller saltsprut og saltføyke Dersom betongens frostbestandighet ikke dokumenteres på annen måte, skal luftporevolumet målt i den ferske betongen umiddelbart før utstøping (etter eventuell pumping) være: 5,0 ± 1,5 % for spesifiserte fasthetsklasser til og med B45 3,5 ± 1,5 % for spesifiserte fasthetsklasser over B45

13 Hvordan oppnå ønsket luftvolum Betongsammensetning og utførelse

14 Luftinnførende tilsetningsstoff, L-stoff Luftinnførende middel er overflateaktive molekyler som skummer/lager luftbobler når de blandes kraftig med vann Orientering av L-stoff i luftboble Luftboblene er «ladede» boblene frastøte hverandre hindrer at boblene vokser sammen Luftboblene er mindre og bedre fordelt, enn «naturlig» luft i betong: «Mikroluft»

15 Innblanding av L-stoff L-stoff kan tilsettes direkte til blanderen hvor omrøringen danner luft L-stoff tiltrekkes av sement Innførte luft fordeles gjennom betongen Ved blanding vil luftinnholdet øke i noen minutter siden omrøringen skummer L- stoffet Ved for lang blandetid vil luftinnholdet avta. Høye temperaturer øker lufttapet.

16 Luft og betongens trykkfasthet Ikke tilsett mer luft enn nødvendig for å oppnå frostbestandighet Tommelfingerregel: Fastheten reduseres med 5% for hvert prosent ekstra luft Høye(re) fasthetsreduksjoner er tilknyttet luftlommer som ikke har unnsluppet ved kompaktering

17 Luft og støpelighet Redusert densitet og sedimentasjon Stabiliserte luftbobler vil fungere som kulelagre og bedre bearbeidbarheten til fersk betong Redusert plastisitet, spesielt for magre blandinger

18 Effekt av betongsammensetning v/c Lavere v/c-tall gir: Tettetere sementpasta og lavere mengde sugende porøsitet Mindre mengde fritt, frysbart vann Høyere strekkfasthet betongen tåler frysetinebelastningene bedre Krav til v/c for frosteksponeringsklasser i NS-EN 206-1: v/c < 0,60 i rent vann, moderat vannmetning v/c < 0,45 i rent vann, høy vannmetning v/c <0,45 eller 0,40 * i kombinasjon med salt *SV-40 og SV-30 skal være i samsvar med bestandighetsklasse MF40, unntaksvis M40.

19 Flygeaske For FA-betonger med variabelt innhold av uforbrent karbon, kan det være vanskelig å holde et stabilt luftinnhold: L-stoff (spesielt vinsol resin) absorberes av karbonpartiklene Luften frigis og kan i enkelte tilfeller sees som «skum» på toppen av blandingen

20 Slagg Effekt av slagg på mikrostruktur Mer C-S-H-gel og mindre CH enn OPC Fryse-tineegenskaper Slaggsementer kan gi tettere mikrostruktur og lavere totalt luftinnhold i herdet betong sammenlignet med OPC Flere fine porer og færre grove kapillærporer enn OPCpastaer Effekten av luftinnførende stoff i fersk betong kan være lavere for slaggbetong enn for OPC-betong Redusert vannoppsug Dose L-stoff må økes sammenlignet med OPCbetonger

21 Knust, naturlig, lett Tilslag Mineralsammensetning Tekstur Form Størrelse og gradering, spesielt gradering av finstoff

22 Tilslag Sand og finstoff Finstoff < 0,125 mm reduserer luftinnholdet Knust tilslag gir normalt noe større andel finstoff (<0,125 mm): Dose L-stoff må oppjusteres Sandfraksjonen 0,125-0,50 mm bidrar vesentlig til økning av luftinnholdet Fraksjonene > 0,50 mm bidrar lite til utviklingen av porestrukturen Maksimal partikkelpakning gir relativt lite finstoff liten luftutvikling, ustabil luft og relativt dårlig støpelighet

23 Fiber PP-fiber kan til en viss grad øke luftinnholdet i betong

24 Blanding og transport Blande- og transportprosedyren vil påvirke betongens luftinnhold og luftfordeling batch-størrelse rekkefølge og tidspunkt på blanding og tilsetning type mikser på bil, effektivitet (rpm) blanding under transport, transportlengde remiksing på plass Transportprosedyren bør ikke endres i løpet av støpearbeidet Betongprodusenten kan justere luftinnholdet på byggeplassen, ved tilsetting både med L-stoff og med Demper/Luftbrems. Hvis betongen etter justering tilfredsstiller luftkravet, skal den aksepteres.

25 Utstøping Lufttap Overvibrering Komprimering av luft pumpelengde pumpetrykk Porøsitet Separasjon, bleeding Dårlig komprimering Fritt fall av betong tobb pumpe Lufttap på 0,5-1% er registrert som følge av pumping: Mål luft etter og ikke før pumping

26 Fersk betong Kontroll av luftvolum Luftbøtte (trykkmåler) Air Void Analyzer (AVA) Herdet betong Tynnslipanalyser Fryse-tinemotstand (Borås-metoden) -- Avskalling Dag Vollset, Mapei German Instruments

27 Kontroll av luftvolum i fersk betong Luftbøtte - Trykkmetoden Prøvevolum ca. 8 liter Måler totalt luftinnhold inkluderer makroluft betongen må komprimeres skikkelig i bøtta Ikke egnet for betong med lett og/eller porøst tilslag Utstyret må kalibreres jevnlig Ved gjentatte målinger på en sats fersk betong med 4-6 % luft er nøyaktigheten normalt innenfor 0,5 % enheter.

28 Kontroll av luftvolum i fersk betong Air Void Analyzer Prøvevolum 0,2 dl (20 cm 3 ) Analysetid ca. 25 min Beregner porestørrelsesfordeling og avstandsfaktor Inkluderer ikke makroluft (1-2% av betongvolumet) Lavere verdier enn for luftbøtte Resultatene innenfor ± 10 % av tynnslipsanalyser Dag Vollset, Mapei German Instruments