SINTEF Byggforsk AS fordeler for bransjen... 3 Forskningssjef Einar Aassved Hansen, SINTEF

Transkript

1

2

3 INNHOLDSFORTEGNELSE SINTEF Byggforsk AS fordeler for bransjen... 3 Forskningssjef Einar Aassved Hansen, SINTEF Betongundervisningen ved NTNU... 5 Professor Svein Sørensen, NTNU Tetting av dam med ny betongplate en sikker løsning?... 7 Seniorforsker Jan Lindgård, SINTEF Hvordan evaluere risstendens i herdefasen med eksempler fra Bjørvika Forsker Øyvind Bjøntegaard, NTNU Blokkstein med lettilslag av glass fra idé til produkt Forsker Kåre Johansen, SINTEF Lettere og sterkere superlett betong Seniorforsker Tor Arne Hammer, SINTEF Operaens marmortak hva ligger under? Seniorforsker Hans Stemland, SINTEF og forsker Ola Skjølsvold, SINTEF Pilestredet park strenge krav til gjenbruk. Hva betyr det for betongen? Professor Stefan Jacobsen, NTNU og Torleif Harrysson, PEAB Mikrostruktur reologi et fremtidig verktøy for sement- og tilsetningsprodusentene Post doc. Jon Elvar Wallevik, NTNU Selvutslettende betongankre Sjefsforsker, professor Harald Justnes, SINTEF og forsker Kåre Johansen, SINTEF Eksport av norsk betongteknologi innen olje- og gassbransjen Dr.ing. Kjell Tore Fosså, Aker Kværner Engineering & Technology Elektrokjemi og armeringskorrosjon nasjonalt og internasjonalt Professor Øystein Vennesland, NTNU Utvikling av kloridbestandig betong 10 års felteksponering Dr.ing. Claus Kenneth Larsen, Statens vegvesen / NTNU Tette belegg på ung betong en løsning på kloridproblemet? Forsker Eva Rodum, SINTEF og daglig leder Ragnar Aarstein, RaKon AS Side

4 3 SINTEF Byggforsk AS fordeler for bransjen SINTEF Byggforsk AS Forskningssjef Einar Aassved Hansen Fra 1. januar 2006 får Norge et nytt og stort forskningsinstitutt for bygg, anlegg og boligsektoren. Styrene i SINTEF og Byggforsk har sagt ja til etableringen av et nytt aksjeselskap som blir 100 % eid av SINTEF. SINTEF Byggforsk AS blir det 7. konsernområdet i SINTEF. Det skal ansettes en ny administrerende direktør for det nye selskapet som skal ha hovedsete i Oslo. Selskapet vil ha 250 ansatte med jevn fordeling mellom Oslo og Trondheim. Fra SINTEF vil de fem avdelingene Arkitektur og byggteknikk, Berg og geoteknikk, Betong, Kyst og havnelaboratoriet samt Veg og jernbaneteknikk inngå i det nye selskapet. SINTEF NBL AS (Norges branntekniske laboratorier) går inn i SINTEF Byggforsk AS som et heleid datterselskap. På et senere tidspunkt vil det også være aktuelt å overføre avdeling Vann og miljø og også faggruppen Energi og klimateknikk fra SINTEF Energiforskning AS. Forhistorie Et mer forpliktende samarbeid mellom Byggforsk og SINTEF har vært et aktuelt tema i mange år. At det denne gangen lyktes å komme i en konstruktiv dialog var det gode forarbeidet som ble utført av Bjørn Svensvik fra SINTEF og Frank Henning Holm fra Byggforsk. Sammen med Petter Eiken, daværende styreformann i Byggforsk, så de viktigheten av å styrke byggforskningen i Norge gjennom en sammenslåing av de to største instituttene. Som for næringen forøvrig, blir forskningen stadig mer internasjonal og det er viktig for norsk byggenæring og for samfunnet å ha et sterkt nasjonalt kompetansesenter. Byggenæringen representert ved Sverre Larssen, adm.dir. i BNL og styremedlem i Byggforsk, og Forskningsråd har vært sentrale pådrivere i prosessen. Ambisjon Bak fusjonen ligger som nevnt ønsket om å styrke forskningen innen bygg, anlegg og boligsektoren. Gjennom etableringen av SINTEF Byggforsk AS får næringen et samlet, komplett og tydelig forskningsinstitutt som kan utføre oppdrag for næringen og det offentlige fra små og faglige smale oppgaver til store og gjerne tverrfaglige prosjekter. Kompetansen og laboratoriene blir samlet under samme tak med de faglige og driftsmessige fordeler det innebærer. Konkurranse En positiv side ved denne fusjonen er at fagmiljøene i liten grad overlapper men i stedet utfyller hverandre. Det var mer overlapp og konkurranse tidligere men nedgangen i forskningsvolumet har tvunget fram mer spesialisering i begge instituttene. Det er derfor i dag liten konkurranse mellom Byggforsk og SINTEF. Konkurransen kommer i stedet fra andre private og offentlige laboratorier og fagmiljø i Norge og i økende grad fra utlandet. Samkjøringsprosessen som er satt i gang bl.a. med mål om sammen å identifisere og gripe nye muligheter er preget av en positiv stemning. Næringen og forskningen blir stadig mer internasjonal. Bedriftene kjøper forskning der de finner det mest hensiktsmessig, offentlige etater må i henhold til EØS-reglene legge anbud ut internasjonalt og Norge overfører en stadig større andel av forskningsmidlene til EU-forskning. I tillegg opererer flere forsknings- og laboratoriemiljøer i flere land slik at det er en reell internasjonal konkurranse også i Norge. I denne sammenhengen er det viktig å samle og styrke de norske forskningsressursene for å være bedre rustet i den internasjonale konkurransen.

5 4 Byggenæringens utfordringer Byggenæringen har i for liten grad synliggjort sin samfunnsmessige betydning samtidig som den ikke har demonstrert tilstrekkelig evne til innovasjon med påfølgende verdiskaping. Det finnes unntak som f.eks. betongbransjen som virkelig har vist evne til nyskaping. Hovedinntrykket hos myndighetene er allikevel at næringen er lite flink på dette området. Det har igjen resultert i at Norges forskningsråd over flere år jevnlig har redusert sine bevilgninger til FoU i byggenæringen. Denne utvikling er nå i ferd med å snu. Forskningsrådet har innsett at Norges største næring etter oljenæringen (og med en total omsetning på 350 mrd kr.), ikke har fått tilstrekkelig oppmerksomhet sett i forhold til den verdiskaping næringen står for og dens betydning for samfunnsutviklingen. Denne endring har ikke kommet av seg selv men er et resultat av en langvarig prosess for å synliggjøre næringen og innovasjonsbehovet overfor politikere og byråkrater. Et viktig element i denne sammenhengen er det strategidokumentet for innovasjon i byggenæringen som BAE-rådet fikk utarbeidet og som viser et verdiskapningspotensial for samfunnet på milliarder per år. For å utløse dette potensialet må det offentlige ta et større medansvar for gjennomføring og finansiering av den innovasjonsinnsatsen som kreves. Byggenæringen ser gjennom etableringen av SINTEF Byggforsk AS for seg en styrket interaksjon med det politiske og offentlige system, departementene, Norges forskningsråd, Innovasjon Norge m.fl. som vil kunne føre til en større oppmerksomhet og uttelling for næringen. Senter for forskningsdrevet innovasjon Et nytt initiativ fra Forskningsrådet for å stimulere innovasjonsevnen og internasjonaliseringen i norsk næringsliv er SFI-ordningen. Ordningen har et høyere ambisjonsnivå og større langsiktighet enn andre virkemidler for innovasjon. Den er spesielt rettet mot den forskningsintensive delen av næringslivet og gir mulighet for større kontinuitet og risikoavlasting. For forskningsmiljøene åpner SFI mulighet for en langsiktig kompetanseoppbygging gjennom forskning på et høyt internasjonalt nivå i nært samarbeid med bedriftene. Hovedkriteriet for utvelgelse av sentrene er potensialet for innovasjon og bedrifts-og samfunnsmessig verdiskaping. Første utlysning har en ramme på minst ti sentre med en bevilgning fra Forskningsrådet til det enkelte senter på om lag ti mill kr/år over fem til åtte år med oppstart høsten Sentrale aktører i betongbransjen ønsker sammen med SINTEF Byggforsk AS og NTNU å satse på et SFI innen betong. Hovedmålet skal være å bidra til mer bærekraftig og industrialisert bygging med vekt på forbedrede produksjonsegenskaper, bedre ressursutnyttelse, mer miljøvennlig produksjon samt økt levetid for produktene. Senteret skal: bidra til å styrke innovasjonsgraden i betongbransjen og heve anseelsen til betong som det naturlige og miljøriktige valget men også som det komplekse materialet det er bidra til mer bærekraftig produksjon og rasjonell bygging og derved økt bruk av betong framstå som ledende innen sitt felt i Europa gjennom å videreutvikle fagmiljøene og laboratoriene ved SINTEF og NTNU få ledende europeiske bedrifter innen sementproduksjon, tilsetningsstoffer og spesialprodukter samt betongproduksjon til å legge større andel av sin forskning til Norge øke kompetansen i i forskningsmiljøet og i næringen bl.a. gjennom dr.gradsutdanning Konkurransen om å få tildelt et SFI blir hard. Men betongbransjen har her, ikke minst på grunn av etableringen av SINTEF Byggforsk AS, en unik mulighet til å få en betydelig og langsiktig satsing på betongforskning som vil gi uttelling for bransjen på flere områder. Denne sjansen kan vi ikke la gå fra oss.

6 5 Betongundervisningen ved NTNU Professor Svein Sørensen, NTNU Undervisningstilbud Ordinære fag: 7,5 studiepoeng Full studiebelastning: 4 fag pr semester 1 H 2 V H V Bygningsmaterialer (TBA 4120) Ca 1/3 betongteknologi Prosjektering (TBA 4125) Ca 40 % konstruksjonslære med enkel betongdimensjonering H V H V H V Betongkonstruksjoner 1 (TKT 4175) Betongteknologi (TKT 4215) Betongkonstruksjoner 2 (TKT 4220) Bestandighet og vedlikehold av betong (TKT 4225) Konstruksjonsteknikk fordypning (TKT 4710) - Prosjektoppgave 15 studiepoeng - 2 fordypningstema 2 3,75 studiepoeng *) Durability and maintenance of concrete structures (TKT 5100) (del av engelskspråklig master-studium) Masteroppgave, 20 uker, 30 studiepoeng *) Fordypningstema: - Beregningsmetoder for betongkonstruksjoner - Prosjektering av betongelementkonstruksjoner - Brukonstruksjoner - Avansert beregning av murverkskonstruksjoner - Volumstabilitet og rissfølsomhet av ung betong - Porestruktur, fukt- og kloridtransport - Levetidsprosjektering og produksjon av bestandige betongkonstruksjoner

7 6 Antall studenter med fordypning i betong de siste tre år 2003/ / /2006 Prosjektoppgave Masteroppgave ( >32?) Bokstavkaraktersystemet Karakterskala: Karakter Betegnelse Generell, kvalitativ beskrivelse av vurderingskriterier A Fremragende Fremragende prestasjon som klart utmerker seg. Viser stor grad av selvstendighet. B Meget god Meget god prestasjon som ligger over gjennomsnittet. Viser evne til selvstendighet. C God Gjennomsnittlig prestasjon som er tilfredsstillende på de fleste områder. D Nokså god Prestasjon under gjennomsnittet, med en del vesentlige mangler. E Tilstrekkelig Prestasjon som tilfredsstiller minimumskravene, men heller ikke mer. F Ikke bestått Prestasjon som ikke tilfredsstiller minimumskravene Bokstavkarakterer i relasjon til tidligere tallkarakterer Fag: Masteroppgave: A 1,0 1,5 B 2,0 C 2,5 D 3,0 E 3,5 4,0 A 1,25 1,5 B 1,75 2,0 C 2,25 2,5 D 2,75 3,0 E 3,25 4,0

8 7 Tetting av dam med ny betongplate en sikker løsning? Bakgrunn Seniorforsker Jan Lindgård, SINTEF Et tiltak som i økende grad benyttes ved oppgradering/rehabilitering av dammer er støping av armert betongplate på oppstrøms side. Metoden benyttes både for murte steindammer, fyllingsdammer med frontal tetning og massivdammer av betong. Både dameiere og råd-givende ingeniører innenfor dambransjen vurderer dette som en sikker og god løsning. Dette var også bakgrunnen for at Narvik Energi AS valgte denne løsningen på to massivdammer (Jernvassdammen og dam Blindtarmen) som ble rehabilitert i perioden Begge dammene hadde varierende omfang av frostforvitring både på oppstrøms og nedstrøms side, uten at disse skadene hadde noen konsekvens for sikkerheten av dammene. Formålene med tiltaket var flere; reparere lokale frostskader oppstrøms, forsøke å redusere fuktinnholdet i dammen nedstrøms for å redusere hastigheten av videre frostnedbryting, bedre det visuelle inntrykket, samt øke bæreevnen (økt stabilitet gjennom økt vekt). SkatteFUNN-prosjekt i samarbeid med Narvik Energi AS Narvik Energi AS ønsket å sikre at de planlagte tiltakene fungerte som tiltenkt. De tok derfor kontakt med SINTEF Betong for å få diskutert/vurdert den valgte løsningen. Det ble innledet et samarbeid, der deler av rehabiliteringsarbeidet ble definert som et fullskala prøveprosjekt, og der SINTEFs arbeid i sin helhet ble finansiert av SkatteFUNN-midler. Hovedmålet med SkatteFUNNprosjektet var å dokumentere effekten av det nye tettesjiktet (betongplaten) på dammens vannside, spesielt med hensyn til skadeutvikling på dammens luftside. Delmålene var å evaluere og ev. forbedre selve metoden (betongplaten) med hensyn på effekt, levetid og kostnad, dokumentere de nedbrytingsmekanismene og miljøparametrene som betongdammen utsettes for, samt etablere et langsiktig program for oppfølging av luftsiden. Betongplatene vil utsettes for betydelige svinn- og temperaturkrefter under herdeprosessen. SINTEF så derfor flere store utfordringer i den valgte løsningen, både med hensyn på prosjektering og utførelse av detaljer, for at tiltaket skulle fungere som tiltenkt: Hvordan sikre heft mellom den nye plata og den gamle betongdammen? (for å oppnå den ønskede tetteeffekten av plata) Hvordan kontrollere opprissingen og unngå rakning mellom ny plate og under-betongen langs platekantene og i tilknytning til eventuelle riss som oppstår?

9 8 Sammenstilling av erfaringer Jernvassdammen sett fra nedstrøms side I tilknytning til SkatteFUNN-prosjektet gjennomførte Amund Geicke våren 2004 sin masteroppgave ved NTNU /1/. Hovedformålet var å fremskaffe dokumentasjon om ulike utførelser av platestøper på oppstrøms side, definere relevante problemstillinger i tilknytning til metoden, samt sammenstille erfaringer med metoden (fokus ble lagt på betongdammer). Geicke fant følgende hovedbegrunnelser for at metoden med platestøp ble valgt: 1. Tetting av dammer (stoppe lekkasjer gjennom forvitrede fuger i murte steindammer, i horisontale støpeskjøter og forvitrede fuger i gamle betongdammer, samt gjennom fyllingsdammer med dårlig fungerende frontal tetning). 2. Gi et stabiliserende bidrag til dammer (bedre sikkerheten mot velting og glidning for gravitasjonsdammer og murte steindammer). 3. Utbedre frostskader og forhindre videre nedbrytning (gjelder massive betongdammer). Geicke fant videre følgende erfaringer /1/: De rehabiliterte dammene gir generelt gode visuelle inntrykk (lite opprissing av platene; ingen/lite frostnedbryting av betongen i plater med alder mindre enn 25 år). Et utvalg plater ble sett nærmere på. Alle disse tilfredsstiller i hovedsak kravene gitt i regelverket, både til tykkelse og minimumsarmering. For mange av de utførte platestøpene oppnås det mest sannsynlig ikke noen særlig grad av heft mellom ny plate og underbetong, noe som antas å være hovedårsaken til at det generelt ble observert lite riss i platene (rissene oppstår først når platene blir fastholdt, slik at sammentrekningen forhindres). Det virker likevel som de nye platene reduserer lekkasjene gjennom dammene til et minimum. Ingen prosjekter hadde imidlertid etterkontrollert om fukten i den eksisterende dammen ble redusert som følge av ny platestøp oppstrøms.

10 9 Det stilles spørsmål ved om det kan regnes med noe stabiliserende bidrag fra den nye platen, da dette som regel forutsetter heft mellom ny plate og underbetongen (hvis den ikke på andre måter er hengt fast til den eksisterende dammen). Hovedutfordringer for å få best mulig effekt av ny platestøp SINTEFs hovedinntrykk er at belastningene som platene utsettes for, spesielt fra uttørkings-svinn og autogent svinn, i alt for liten grad fokuseres på ved dimensjonering, planlegging og utførelse av slike platestøper: For det første blir det sjelden lagt nok vekt på å finne betongsammensetninger med tiltrekkelig lavt svinnpotensiale, noe som bør gjøres for å sikre at svinnkreftene i platen blir lavest mulig. Videre er inntrykket at det for mange platestøper blir lagt inn for lite armering, spesielt langs rendene av platene, men også i platefeltene. Samlet fører dette sannsynligvis til at store arealer av de nye platene ikke har heft til underbetongen. Når det i tillegg tidvis er mangler ved prosjektering og utførelse av viktige detaljer ved f eks tetting ned mot fjell eller ved meisling/dybling i frostforvitret betong langs plate-rendene, er det stor fare for at vann fra magasinet vil trenge inn i mellomrommet mellom ny plate og eksisterende dam. Så selv om en ny plate vil være i stand til å tette større lekkasjer, er det en forholdsvis liten sjanse for at en klarer å redusere vanninnholdet i den eksisterende betongen nevneverdig. Eventuell pågående frostforvitring i gammeldammen bak plata vil derfor kunne fortsette, dog med noe redusert hastighet på grunn av redusert fryse/tine påkjenning. Eventuelle eksisterende lekkasjer gjennom en massiv betongdam, f eks i horisontale støpeskjøter og vertikale fuger, vil også bli vanskelig å stoppe helt. Dersom man klarer å oppnå god heft mellom ny plate og eksisterende dam, vil dette øke sjansene for å få en tettere dam, men samtidig også øke risikoen for riss i platen (i forhold til i en plate uten heft til underlaget). Ved å benytte en betong med lavt svinnpotensiale og armere spesielt med tanke på opptredende svinnkrefter, er det imidlertid mulig å begrense riss-viddene. De tynne rissene som da oppstår vil over tid ha mulighet til å tette seg selv ( self healing ). Erfaringer høstet i skattefunn-prosjektet I løpet av det første prosjektåret foretok SINTEF Betong en omfattende dokumentasjon av skadeomfang, fuktforhold og materialegenskaper både på oppstrøms - og nedstrøms side av Jernvassdammen. Basert på dette arbeidet er vår vurdering at hovedfuktkilden for betongen på nedstrøms side er regn og snø, og at magasinvann på oppstrøms side kun langs enkelte horisontale støpeskjøter og vertikale fuger bidrar til å øke fuktinnholdet i betongen nedstrøms. Hvis hovedformålet med platestøpen oppstrøms hadde vært å redusere fuktinnholdet i betongen nedstrøms, hadde dette derfor vært et lite egnet tiltak. I utgangspunktet var planen at SINTEF det første året skulle følge rehabiliteringsarbeidet fra sidelinjen, for så å foreta en evaluering og gi innspill til planleggingen av arbeidet den neste støpesesongen. Av ulike årsaker fikk imidlertid SINTEF en mer sentral rolle i prosjektet enn forutsatt, og vi hadde en tett dialog både med dameier, rådgivende ingeniør og byggeleder gjennom hele rehabiliteringsarbeidet. Våre viktigste bidrag i denne prosessen kan opp-summeres som følger: De planlagte sprøytebetongreparasjonene på hele dammens nedstrøms side (med formål å bedre dammens visuelle inntrykk) ble skrinlagt med bakgrunn i at vi vurderte at dette

11 10 tiltaket mest sannsynlig ville få svært kort levetid. Vår erfaring fra tilsvarende mekaniske reparasjoner er at fuktinnholdet fremdeles vil være meget høyt og kanskje øke bak sprøytebetonglaget, slik at frostforvitringen vil fortsette og mest sannsynlig føre til at sprøytebetongen stedvis vil risse opp og falle av. Nærmere beskrivelse av disse erfaringene er påpekt i /2/. Tidlig i prosjekteringsfasen gav vi konkrete råd om utforming og dimensjonering av platene, basert på en evaluering av prinsipp/virkemåte for disse. Vi påpekte tidlig (i forbindelse med de to første platefeltene) mangler ved fjerning av frostskadet betong og ved utførelse av armeringsdetaljer langs platerendene. Basert på våre innspill ble dette rettet opp på de neste platestøpene. Til tross for at det både var anbefalt og beskrevet bruk av en betong som skulle ha lavt svinnpotensiale, valgte entreprenøren å starte opp støpearbeidet med en betongresept som vi vurderte til å ha et for høyt svinnpotensiale. Da alt støpearbeidet i 2004 måtte ferdigstilles i løpet av ca en måned før vannet i magasinet steg, var det imidlertid for sent å endre resepten (dette ville ha krevd endring av tilslaget). Dette ble først gjort forut for 2005-sesongen. For tiden pågår det laboratorieforsøk hos SINTEF/ NTNU med de to betongreseptene for å dokumentere forskjeller i svinnpotensiale (både uttørkingssvinn og autogent svinn) og varmeutvikling. Når dammen er tappet ned våren 2006 vil det bli foretatt en kartlegging av rissomfang i felt for å undersøke om det kan observeres forskjeller i rissomfang mellom plater støpt med de to reseptene. Referanser Platestøp i 2004-sesongen 1. Geicke, Amund: Rehabilitering av betongdammer ved støping av en armert betongplate på oppstrøms side, masteroppgave ved Institutt for Konstruksjonsteknikk, NTNU, våren Rodum, E., Lindgård, J. og Justnes, H.: Betongdammer typiske nedbrytings-mekanismer, prinsipielle rehabiliteringsmetoder og erfaringer fra ulike tiltak, SINTEF-rapport STF22 A04608, Juni 2004 (publikasjon nr.: hos EBL Kompetanse)

12 11 Hvordan evaluere risstendens i herdefasen med eksempler fra Bjørvika Forsker Øyvind Bjøntegaard, NTNU Bakgrunn Bruk av tradisjonell herdeteknologi som planleggingsverktøy er i dag relativt utbredt blant norske entreprenører og er velegnet for kontroll/dokumentasjon av betongens temperatur- og fasthetsutvikling. Teknologien ble utviklet i Danmark mot slutten av 70-tallet /1/ og tatt i bruk i Norge utover 80-tallet /2/3/ og er et meget nyttig verktøy for bestemmelse av tidligst mulige tidspunkt for forskalingsriving (fasthetskriterie) samt ved vinterstøping (unngå frost i den ferske betongen). Anvendte PC-baserte program i Norge i dag er bl.a. det svenske programmet HETT97 (1D) tilpasset norske forhold av NORCEM ( og det danske 4C-Temp&Stress (2½D) utviklet ved DTI ( I Sverige er programmet ConTeSt Pro (2D) dominerende /4/. Ved NTNU anvendes bl.a. 3D-programmet DIANA ( En rekke andre programmer eksisterer også på markedet og alle er i prinsipp like anvendbare hvis de brukes riktig (har man et 3D-problem bør man bruke et 3D program etc.). Temperaturkrav og fare for opprissing: Det erfares fra praksis at betongkonstruksjoner ikke sjelden utvikler alvorlig opprissing i herdefasen pga. fastholding av betongens deformasjoner, og det er åpenbart at temperatur er en viktig faktor i dette. Det er derfor ved mange prosjekter satt temperaturkrav, noe som medfører kostbare herdetiltak (som f.eks. kjølerør) og betongprisen kan enkelte ganger mer enn fordobles /5/. Erfaringene er imidlertid at det er dårlig sammenheng mellom oppnådd temperatur i konstruksjonen og tendensen til opprissing /5/6/. Dette henger sammen med at herdetemperatur bare er en av mange faktorer som styrer spenningsoppbyggingen i betongen (se figur 1). Drivkrefter Viskoelastiske Konstruksjonsegenskaper type Autogent svinn + Termisk x E-modul x Kryp / Relaksasjon x Fastholdings- = Betong- Dilatasjon grad spenning evt + Uttørkingssvinn Figur 1 Spenningsoppbygging i herdnende betong, prinsipiell sammenheng Spenningsbasert herdeteknologi: Erkjennelsen av at temperatur er et svært mangelfullt kriterium for evaluering av risstendens har medført at det i Norge og internasjonalt de siste årene er arbeidet med spenningsbasert herdeteknologi (også kalt avansert herdeteknologi) hvor spennings/tøyningsforholdene i den herdnende konstruksjon beregnes /7/-/10/. Dette krever kjennskap til fastholdingsforhold i konstruksjonen og mer omfattende dokumentasjon av betongens egenskapsutvikling. Følgende materialegenskaper må tas hensyn til bl.a.: Herdevarme, termisk dilatasjonskoeffisient, autogent svinn, E-modul, kryp/relaksasjon, trykkfasthet og strekkfasthet. Figur 1 viser prinsipiell sammenhengen mellom parametrene som styrer spenningsoppbyggingen og dermed også den informasjon som spenningsberegningsprogram behandler.

13 12 Drivkreftene er termisk dilatasjon og autogent svinn (uttørkingssvinn tas normalt ikke med ved herdefasebetraktninger, men er naturligvis ugunstig hvis tillatt ). Termisk dilatasjon er normalt viktigst, men spesielt i høyfaste betonger med lave v/b-forhold kan autogent svinn (selvuttørkingssvinn) bli svært høyt og dermed bidra sterkt til spenningsoppbyggingen. Betongens viskoelastiske egenskaper, bestemt ved E-modulen og kryp/relaksasjonsegenskapene bestemmer hvor mye spenning som bygges opp ved en gitt fastholdt deformasjon. Konstruksjonstypen (geometri/tilstøtende konstruksjoner) bestemmer fastholdingsgraden som typisk er % /10/. Forholdet mellom betongens strekkfasthet (f t ) og betongens spenningsoppbygging (σ c ) angir hvor mye av strekkapasiteten som er utfordret og forholdet σ c (t) / f t (t), hvor t = tid, kalles gjerne rissindeksen. En rissindeks på 1.0 betyr 100 % (beregningsmessig) kapasitetsutnyttelse og dermed opprissing. Krav til høyest akseptable beregningsmessig rissindeks legges naturlig nok godt under 1.0 for å ta høyde for usikkerhet og spredning i hhv. beregningsforutsetninger (klima etc.) og materialegenskaper. F.eks. i Sverige kreves det i Vägverkets Bro2004 at beregnet rissindeks til enhver tid skal være under 0.7 for konstruksjoner i eksponeringsklasse XD3 og XS3. For det pågående arbeidet med senketunnelen i Bjørvika er kravet til maksimum rissindeks Betongens trykkfasthet inngår ikke direkte i beregningene av betongspenninger, men brukes gjerne som grunnlag for å bestemme betongens temperaturfølsomhet (aktiveringsenergi). Spenningsbasert herdeteknologi, arbeidsgang En skisse til arbeidsgang ved en praktisk problemstilling er gitt i figur 2. Figuren angir arbeidsgangen trinn for trinn. Figur 2 Skisse til arbeidsgang ved evaluering av risstendens av en herdnende konstruksjon

14 13 Trinn A) Konstruksjonens geometriske utforming er oftest gitt av konstruktør, mens det for den utførende ligger frihet i å velge betong og produksjonsprosess (støpesekvens/støpeetappe). Betongen må naturligvis tilfredsstille aktuell eksponerings- og bestandighetsklasse i hht. NS- EN 206-1, samt fasthetskrav. Trinn B) Før man begynner temperatur- og spenningsberegningene må man implementere materialdata i systemet man skal benytte. Bruk av antagelser mht. materialoppførselen (f.eks. verdier fra standarder) gir svært usikre estimat ettersom ulike betongresepter gir meget varierende egenskaper. I Norge er det bare NTNU i dag som kan måle de nødvendige materialegenskapene og det er utført forsøk på ulike betonger gjennom flere år med hovedvekt på høyfaste betonger med v/b-forhold , men også andre kvaliteter er undersøkt. Systematisering av resultatene i en materialdatabase tilrettelagt for spenningsberegninger er under utarbeidelse, men i svært mange tilfeller er det imidlertid nødvendig å generere nye data gjennom laboratorieforsøk for å skaffe til veie nøyaktig informasjon om den aktuelle betongen. Trinn C) Konsekvensen av eventuell opprissing samt konstruksjonens geometri legger premissene for hvor avansert og tidkrevende beregningen(e) bør være. For enkle overslag i en tidlig planleggingsfase kan en 1D-beregning eller simpelthen håndregning være tilstrekkelig og fornuftig. Likeledes for å rangere ulike betongsammensetninger mht. risstendens gir en 1Dberegning meget nyttig informasjon forutsatt at man har gjort laboratorieforsøk på forhånd. Dette gir en kvalitativ rangering av ulike betonger (for en gitt fastholdingsgrad). En kvantitativ vurdering, dvs. spesifikk fare for opprissing for bestemte konstruksjonstilfeller, krever helst 2D- eller 3D-beregninger. Trinn D) Nå er man fremme ved selve beregningen, som alltid begynner med en temperaturberegning, dernest spenningsberegning. Den aktuelle konstruksjon legges inn (ny konstruksjon og tilliggende konstruksjon(er)/underlag, elementnett genereres og materialdataene implementeres. Beregningsforutsetninger legges inn som bl.a. betongens utgangstemperatur, forskalingstype, tidspunkt for avforskaling og de mest sannsynlige klimaforhold. Hvis den beregnede risstendens er for høy kan man leke seg med programmet og se på effekten av å endre på noen av beregningsforutsetningene (f.eks. fersk betongtemperatur, kjølerør, isolering etc.), gjenta beregningen og således se på alternativer som gir et beregningsmessig resultat som er ok ( ok bygg! ). Det er i denne forbindelse viktig at produksjonsplanleggingen gir input til beregningene (og vise versa) - med etterfølgende oppfølging på byggeplass. Ved f.eks. Södra Länken-prosjektet i Stockholm var kravet til beregningsmessig rissrisiko < 0.7. Her ble i ettertid rapportert at beregningsforutsetningene og det som virkelig skjedde på byggeplass var i dårlig samsvar [18], og her ble det også problemer med opprissing og etterfølgende injiseringsbehov; til tross for kostbare kjøletiltak! Finner man ikke praktiske tiltak som gir et tilfredsstillende beregningsmessig resultat ( ikke ok ) kan man vurdere en alternativ løsning, dvs. endre noe i rammene for beregningen i Trinn A (fortrinnsvis ny betong), og deretter gjenta prosedyren. Bjørvikaprosjektet I forbindelse med Vegvesenets Bjørvikaprosjekt undersøkte Vegdirektoratet, Materialteknisk avd., en rekke betongsammensetninger. Prosjektet omfattet laboratorieforsøk, feltforsøk, temperatur- og spenningsberegninger /11-17/. Betonger med 3-pulverblanding utgjorde en sentral del av undersøkelsene, dvs. bindemiddel bestående av sement, silikastøv og enten flyveaske (FA) eller slagg (opptil 50 % erstatning av sementen). Slike betonger, som gjerne kalles lavvarmebetong, har hittil i liten grad vært benyttet i Norge, men er utbredt i flere andre land (f.eks. Nederland, Tyskland, Japan). En del av undersøkelsene ble utført ved NTNU Institutt for Konstruksjonsteknikk.

15 14 Eksempler på adiabatisk temperaturutvikling for flere av betongene er vist i figur 3; alle betongene har v/b=0.47. Betongen som utvikler høyest temperatur er referansen som er en tradisjonell betongresept med bindemiddel av Anleggsement + 5 % silikastøv (masseforhold=0.45, i hht. NS EN hvor k=2 for silika, dvs. bestandighetsklasse M45), mens de andre betongene har varierende FA- eller slagginnhold (masseforhold = , k=0.4 for FA og 0.6 for slagg). Adiabatisk temperaturøkning reduseres med økende FA- og slaggdosering og er redusert med rundt 30 % for betongene med høyst innhold av FA og slagg. Temperaturberegninger av en 1 m tykk veggkonstruksjon viste enda gunstigere virkning av FA og slag. Dette skyldes at disse betongene ikke bare har lav sluttvarme, men også moderat varmeutvikling underveis noe som øker det relative varmetapet til omgivelsene i tiden før temperaturmaksimum opptrer. Videre viste resultatene gunstig virkning av å senke fersk betongtemperatur, noe som ikke er overraskende - dette gir ytterligere redusert temperaturmaksimum/avkjølingsforløp som er sentralt for å redusere faren for gjennomgående opprissing i en konstruksjon. Et moment er at FAog slaggbetong kan ha noe senere avbinding enn våre mer tradisjonelle resepter - dette må tas hensyn til spesielt ved vinterstøping. En dobbelvegg som var gjenstand for feltmålinger er vist i figur 4. Den ene veggen ble utført med en tradisjonell M40 betong (noe økt kvalitet i forhold til referansen omtalt tidligere), mens den andre med en av FA-betongene omtalt tidligere (36 % FA av bindelmiddelvekt). Figuren viser elementinndelingen ved en 3D-beregning /16/. Beregningsresultatene viser at denne FA-betongen er mer gunstig enn M40-betongen når det gjelder robusthet mot opprissing i herdefasen. Det samme ble også funnet i andre beregninger (samt ved tolkning av lab.resultater) som sammenlikner referansebetongen med ulike FA-tilsetninger. Hovedårsaken er, ikke overraskende, den reduserte varmeutviklingen. De andre egenskapene (figur 1) som er sentrale påvirkes ikke i like stor grad av FA-innholdet. Dette er eksemplifisert i figur 5 for 28-døgns strekkfasthet og E-modul (gjelder både FA og slagg) ved at trendlinjene er relativt flate i et plot mot adiabatisk temperaturøkning. NTNU har til nå ikke gjort beregninger/analyser på betonger med slagg som gjør det mulig å konkludere Temperatur ( o C) Tid (timer) Figur 3 Adiabatisk temperaturutvikling for referansebetongen og betonger med ulike mengder FA- og slagg (v/b= 0.47) /13/ Figur 4 Feltforsøk. Elementinndeling for ½ av en dobbel veggkonstruksjon (symmetri) /16/

16 Strekkfasthet [MPa] dy/dx = 0.38 dy/dx = 0.034x Strekkfasthet E-modul Adiabatisk temperaturøkning [ o C ] E-modul [GPa] Figur 5 Direkte strekkfasthet og E-modul vs. adiabatisk temperaturøkning for referansen, FA- og slaggbetongene /13/ Referanser /1/ Friesleben Hansen P. (1978) Hærdeteknologi-2, Dekrementmetoden. BFK-centralen. /2/ Maage M. and Helland S. (1988) Praktisk herdeteknologi - Materialdata for en del norske cementer, tilsetningsstoffer og silica. Norsk betongdag 1988, Hotel Caledonien, Kristiansand, Norsk Betongforening /3/ Maage M. and Helland S. (1988) Winter curing planned and controlled by microcomputers. ACI Concrete International, Oct /4/ Users manual: ConTeST Pro, Program for temperature and stress calculations in concrete. JEJMS Concrete, Stockholm, September 2002 /5/ Kompen R. (2001) Opprissing av betongkonstruksjoner i herdefasen. Fra seminaret: Opprissing av betongkonstruksjoner i tidlig alder - Moderne herdeteknologi, Oslo, 8.november 2001 /6/ Helland S. (1997) Herdeteknologi, beregning av oppsprekking - Ny generasjon herdeteknologi. Kursdagene ved NTNU /7/ Thermal cracking in concrete in early ages. International RILEM Symp. in Munich, Oct. 1994, RILEM Proceedings 25, Ed. by R. Springenschmid. /8/ Emborg M. (2001) Final technical report, IPACS report, Luleå University of Technology, ISBN /9/ Bjøntegaard Ø., Fosså K.T., Atrushi D., Sellevold E.J., Kanstad T., Hammer T.A and Smeplass S. (2003) Stress development and cracking tendency in hardening concrete: Test methods at NTNU, NOR-CRACK report #2.1, Subtask 2 Fundamental studies, STF22 A03607, ISBN /10/ Kanstad T., Øverli J.A. and Bosnjak D. (2001) 3D Restraint Analyses of Typical Structures with Early Age Cracking Problems, IPACS report, Luleå University of Technology, ISBN x /11/ Larsen C.K., Willoughby I. og Kompen R. (2003) Bjørvika senketunnel. Betongrådgivning, Trinn 1: Laboratorieresultater. Rapport, Statens vegvesen Vegdirektoratet, Vegteknisk avdeling /12/ Larsen C.K. (2004) Bjørvika senketunnel. Feltforsøk med flyveaskebetong. Rapport, Statens vegvesen Vegdirektoratet, Vegteknisk avdeling /13/ Bjøntegaard Ø. and Sellevold E.J. (2003) Bjørvika senketunnel - Bestemmelse av betongegenskaper relevante for evaluering av risstendens i herdefasen. NTNU-rapport R-9-03, Institutt for Konstruksjonsteknikk, pp.37 /14/ Bjøntegaard Ø. (2004). Bjørvika senketunnel, Fase 2: Bestemmelse av betongegenskaper relevante for evaluering av risstendens i herdefasen. Eksperimentelle resultater for Resept A, B, C og D. NTNU-rapport R- 5-04, Institutt for Konstruksjonsteknikk, pp.26 /15/ Kanstad T. and Guomin J. (2004) Bjørvika submerged concrete tunnel, Phase 2: Evaluation of the risk of cracking in the hardening phase. NTNU-rapport R-6-04, Institutt for Konstruksjonsteknikk. /16/ Guomin J., Kanstad T. and Bjøntegaard Ø. (2004) Analysis of the SVV double wall field test related to the Bjørvika tunnel project. NTNU-rapport R-7-04, Institutt for Konstruksjonsteknikk. /17/ Guomin J., Bjøntegaard Ø. Atrushi D., Sellevold E.J. and Kanstad T. (2005) Compressive and tensile creep of early age concrete with mineral additives. Concreep7: Int. conf. on creep, shrinkage and durability of concrete and concrete structures, Nantes, France, 2005 /18/ Smeplass S. (2001) Bruk av rissrisikoberegninger på Södra Länken. Fra seminaret: Opprissing av betongkonstruksjoner i tidlig alder - Moderne herdeteknologi, Oslo, 8.november 2001

17 16 Blokkstein med lettilslag av glass fra idé til produkt Bakgrunn Forsker Kåre Johansen, SINTEF Norsk GlassGjenvinning AS, NGG, har verdens mest avanserte anlegg for mottak, sortering og bearbeiding av glass- og metallavfall. Årlig mottar dette fullautomatiserte resirkuleringsanlegget i Onsøy ved Fredrikstad vel tonn emballasjeglass og tonn emballasjemetall fra de innsamlingsigloene som er plassert rundt om i hele Sør-Norge. Anlegget fjerner forurensninger og produserer halvfabrikata for gjenbruk i form av sorterte metaller og 30 ulike farge- og kornstørrelsesvarianter av glass. Glasset fra anlegget benyttes videre til produksjon av nytt glass, Glava, masser for byggegrunn eller til betong og betongprodukter. På oppdrag fra NGG har SINTEF de siste 10 år utført et svært omfattende FoU-arbeid med å identifisere, utvikle og dokumentere gunstige områder, produkter og brukskonsepter for anvendelse av resirkulert glass innen BA-bransjen. Arbeidet har vært utført i nært samarbeid med NGG og deres samarbeidspartnere. En av disse samarbeidspartnerne er Glasitt AS i Skjåk. En del av glasset fra NGG sitt anlegg finmales og transporteres til Glasitt. Her blir det ekspandert til et lett, porøst skumglasstilslag for bruk til isolerende og drenerende fyllmasse og som tilslag for produksjon av lettbetongprodukter som blokker, elementer og murstein. Blokkproduksjonen startet i en garasje i Skjåk Forløperen for Glasitt AS er Nøkkelhus AS, som i mange år har drevet med boligbygging. Innehaveren, Svein Lund, begynte for mer enn 10 år siden å eksperimentere med produksjon av skumglassbaserte blokker, pussmørtler og heller i sin garasje i Skjåk. Skumglasset hentet han selv hos Glasopor i Bergen. Det var relativt grovkornig med dårlige støpelighetsegenskaper. Etter forsøk med et femtitalls resepter for blokkproduksjon, kom han fram til en akseptabel bløtstøpsresept og begynte med produksjon i liten skala. Blokkene ble primært anvendt til enkle grunnmurer på Nøkkelhus sine prosjekter. Til alt hell skulle det siden vise seg at den valgte resepten medførte at blokkene med det svært alkalireaktive skumglasset, ikke vil utvikle skadelige alkalireaksjoner. Og utviklet seg da NGG kom på banen NGG på sin side identifiserte skumglass og skumglassbetong som interessante produkter. SINTEF fikk først oppgaven med å finne fram til og dokumentere hvordan bestandig skumglassbetong kunne produseres. Etter hvert ble NGG kjent med den virksomhet som ble drevet i Skjåk, og tok kontakt. Det tok ikke lang tid før samarbeid ble etablert, og SINTEF ble engasjert av NGG for direkte å bistå virksomheten i Skjåk. SINTEF sin bistand har primært omfattet: kartlegging av hvordan skumglassets egenskaper påvirkes av produksjonsprosessen og det resirkulerte glassets sammensetning utarbeidelse av tiltak og retningslinjer for å få produksjon og produkter i henhold til gjeldende regelverk

18 17 optimalisering og dokumentasjon av skumglassbetongprodukter med hensyn på viktige egenskaper som konstruktiv utforming, vekt og densitet, styrke, varme- og lydisolasjonsevne Firmaet Glasitt AS ble etablert, og fabrikken i Skjåk satt i drift i Det er arbeidet med en rekke produkter så som isolerende vegger, elementer, isolerte forblendinger, rekkverk og utepeiser. En hel del av disse er utviklet og testet både i Skjåk og hos SINTEF. Et moderne, automatisert skumglassanlegg ble besluttet bygd i Det er nå i full drift. Det er prosjektert for ren skumglassproduksjon med en svært begrenset kapasitet for produksjon av noe annet. Interessen for skumglassbasert lettbetong ble imidlertid snart så stor at samarbeids-partnere for produksjon av aktuelle produkter måtte finnes. Produsenter i dag Av konkrete samarbeidende bedrifter er det per i dag Morken Betongvare i Ringebu og Breivik Kalkverk på Larsnes som er produsenter av blokker og murstein. Ved overgang fra bløtstøp til tørrbetong måtte en gjennom en ny optimalisering av resepter. Glasopor blokk produseres i tre tykkelser 15, 20 og 25 cm, alle med høyde 19 cm og lengde 50 cm. Glasopor NOPSA murstein produseres med målene 23 (l) 6,5 (h) 11 (b) cm. I tillegg til hallen for produksjon av skumglass(glasopor Konstruksjonspellets) i Skjåk er det bygd en hall i elementer på Vestlandet og en enebolig i noe større blokker i Trondheim. Patenter Skumglass er som glass mye mer alkalireaktivt enn de mest alkalireaktive bergarter, så hvordan da produsere bestandig, ikke reaktiv skumglassbetong? Dette er løst ved bruk av et bindemiddelkonsept med et svært lavt alkaliinnhold og et svært høyt pozzolaninnhold. NGG har tatt et patent på denne løsningen i flere land. Sertifisering Blokker og stein er sertifisert etter NS-EN 771-3: Krav til murprodukter Del 3: Murprodukter av betong (tunge og lette tilslag) og fører fram til et CE- dokument som produsenten er pålagt å dokumentere. Prøvningsmetodene er beskrevet i NS-EN 772-serien. Metoder for prøvning av murverksprodukter kan være: NS-EN NS-EN NS-EN NS-EN NS-EN NS-EN NS-EN NS-EN Bestemmelse av trykkfasthet Bestemmelse av prosentvis hullandel Bestemmelse av bøyestrekkfasthet i murprodukter av lettbetong Bestemmelse av vannabsorpsjon Bestemmelse av netto og brutto tørrdensitet Bestemmelse av fuktbevegelser i murprodukter av lettbetong Bestemmelse av mål av lettbetong og støpt stein Bestemmelse av dimensjoner og planhet

19 18 Dessuten krav og bestemmelser ved prøving beslektede standarder: NS-EN 1745 NS-EN Murverk og murprodukter. Metode for bestemmelse av praktiske termiske verdier Krav til mørtler for murverk. Del 2. Murmørtel Skumglassovnen i Skjåk Smeltesonen i ovnen, C Skumglasset brekker i stykker når det nedkjøles og forlater transportbandet Blokkmaskin i drift Fersk blokkstein på vei til herding Blokkstein i bruk

20 19 Lettere og sterkere superlett betong Lettbetong nå igjen? Seniorforsker Tor Arne Hammer, SINTEF FoU-aktiviteten innen lettbetong, og spesielt høyfast lettbetong, var stor på 80- og 90-tallet, og veiledninger og standardverk ble tilrettelagt for å gjøre det like enkelt å bruke lettbetong som normalbetong. Bruken av materialet nådde en topp på 90-tallet, spesielt i bruer og plattformer, men kostnadsvurderinger viste at besparelsen med bruk av lettbetong i bygg var marginal i de fleste tilfellene. Siden har plattform-markedet falt bort og antall bruer hvor lettbetong gir besparelse har blitt færre. Så lettbetong ble aldri standardbetong, men heller en problemløser i spesielle tilfeller. Så hvorfor har det nå blitt startet ny FoU-aktivitet innefor lettbetong? Nye markeder Svaret er etterspørsel fra andre markeder, hvor det tradisjonelt benyttes dyrere materialer eller løsninger. Og det er en lettere type lettbetong som etterspørres. Ett marked er innen skipsbygging! Det Norske Veritas utvikler sammen med Aker Kværner Yards sandwich-konstruksjon stållettbetong-stål for bygging av sikrere og billigere bulkskip. SINTEF Betong ble engasjert til å utvikle lettbetongen (se neste avsnitt). Et annet marked er innenfor transport og lagring av olje/gass. Felles for disse anvendelsene er at det potensielle volumet er stort og til sammen kanskje like stort som dagens norske betongproduksjon. Utvikling av lettbetong i skip Ønsket for skipslettbetongen var 900 kg/m 3 i densitet, høyest mulig fasthet, god støpelighet og akseptabel pris. Gjennomgang av tidligere arbeid viste at lettbetong med åpen struktur (som for eksempel Leca-blokk ) og skumbetong ga lavere fasthet/densitet enn betong med lukket struktur (som vanlig konstruksjonsbetong). Det siste ble derfor valgt. For at betongen skal bli støpelig trengs en viss andel matriks (bindemiddel + væske + filler). Matriksen har en relativt høy densitet selv om den kan påvirkes for eksempel som vist i figur 1. Det fremgår bl.a at densiteten av sementpasta (matriks uten filler) avtar med økende masseforhold. Da avtar selvfølgelig også fastheten til pastaen, og resultatene fra arbeidet viser at fastheten til betongen også avtar da, selv om det blir benyttet sterkere (og tyngre) tilslag slik at betongen sin densitet hele tiden var den samme. Det ble derfor valgt et relativt lavt masseforhold og 10 % silikastøv, tilsvarende en matriksdensitet på ca 1900 kg/m 3. Det ble antatt at nødvendig matriksbehov var 34 vol% (inkl 2 % luft). Da sto det igjen å finne et tilslag med høyest mulig fasthet og med densitet lavere enn (ρ LWA ) tilsvarende: ρ betong = 900 kg/m 3 = ρ pasta ρ LWA 0.66 ρ LWA = 385 kg/m 3. Det ble gjort et litteratursøk etter tilslag med densitet lavere enn 385 kg/m 3 og med høyest mulig fasthetspotensiale. Valget falt på de tyske Liaver og Poraver som produseres av ekspandert returglass, i fraksjoner fra 0.05 mm (Poraver) til 8 mm.

21 20 Density of paste (kg/m 3 ) Anlegg Anlegg + 10 % silika Standard FA Standard FA + 10 % silika Anlegg + 10 % silika and 7 % air ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 v/(c+s) Figur 1 Densitet av sementpasta som funksjon masseforhold og bindemiddeltype I et annet og senere prosjekt for anvendelse offshore ble ønsket densitet senket til 800 kg/m 3. Det ble oppnådd ved å tilsette L-stoff for å oppnå et luftinnhold på ca 10 %. Siden luftporene fungerer tilnærmet som filler kunne sement- og vanninnholdet senkes noe uten at støpeligheten ble forverret. Noen resultater er vist i figur "Expanded Clay LWA" Trykkfasthet (MPa) "Expanded Clay LWA" "Foam concrete" "Expanded glass concrete" Densitet (kg/m 3 ) Figur 2 Trykkfasthet og densitet for superlett betong (Expanded glass concrete ) sammenlignet med annen lettbetong

22 21 Utvikling av ny type lettilslag Det er selvfølgelig generelt sett ønskelig med så høy fasthet som mulig i forhold til densiteten. Arbeid utført i Japan for år siden viser at det ved hjelp av andre råmaterialer kombinert med andre produksjonsmetoder er mulig å oppnå sterkere lettilslag i forhold til densiteten, og som er vanntett (densiteten var riktignok 3-4 ganger høyere enn det som vi snakker om her). Slike råmaterialer kan være bergarter eller mineraler med relativt høyt SiO 2 -innhold. Prosessen består i at råmaterialet først mikroniseres, deretter tilsettes et skummiddel etterfulgt av pelletisering, tørking og brenning. Vi samlet nødvendig ekspertise innen SINTEF/NTNU (innen geologi, metallurgi, kjemi, mikronisering, pelletisering, brenning og økonomi) og søkte Hydros fond for SINTEF og fikk NOK 2 mill for å prøve å utvikle en teknologi for produksjon av et lignende lettilslag, men basert på Norske råvarer. Vi tok kontakt med en av de involverte i Japan og fikk oversendt det Japanske råmaterialet for å kunne tilpasse vår produksjonsprosess for å få et tilslag tilnærmet likt det Japanske. Deretter valgte vi ut relevante Norske råvarer ut fra at kjemien skulle være mest mulig lik de Japanske, og gjennomførte parameterstudier i laboratorieskala for både produksjonsprosess og materialsammensetning, for å komme frem til et optimalt produkt. I skrivende stund har vi et lovende produkt klart for produksjon i litt større laboratorieskala for å få nødvendig volum til å prøve det ut i betong. Arbeidet har avslørt at det fins flere potensielt mulige (og relativt billige) råvarer i Norge for produksjon av lettilslag. Prosjektet er nå i avslutningsfasen og teknologien skal nå fremmes for salg/videreføring til et eller flere industrielle selskap.

23 22 Operaens marmortak hva ligger under? 1 Operaen i Bjørvika Seniorforsker Hans Stemland og forsker Ola Skjølsvold, SINTEF Statsbygg bygger på vegne av Kultur- og kirkedepartementet nytt operahus i Bjørvika i Oslo. Bygget, som er tegnet av Snøhetta AS, skal stå ferdig i Prosjektet har en ramme på 3,3 milliarder kroner. Veidekke ASA har bl.a. ansvaret for legging av naturstein. 2 Takets oppbygging og funksjon Taket på Operaen i Bjørvika er et omvendt tak med en relativt komplisert oppbygging. Taket skråner 11 ned mot sjøen og skal ha naturstein i mønster på toppen. Valget av stein var en lang prosess som fikk mye oppmerksomhet i media. Valget av marmor fra Carrara i Italia var ikke enkelt, men kvalitet/farge sammen med pris på steinen og mengden stein som skulle tilvirkes og leveres over relativt kort tid ble til slutt utslagsgivende. SINTEF har bistått Statsbygg med vurdering av natursteinstyper vurdering av takets oppbygging utvikling og utprøving av mørtel vurdering av fuge- og slukløsninger Arbeidet er utført ved tre SINTEF-avdelinger med Lisbeth Alnæs (Berg og geoteknikk) som prosjektleder. 3 Opprinnelig beskrivelse Opprinnelig beskrivelse av takkonstruksjonen består av (nedenfra og oppover): hulldekkeelementer mm påstøp 3 lag asfaltmembran 50 mm mineralull 2 x 100 mm XPS-plater fiberduk mm magerbetong 30 mm jordfuktig mørtel (settemørtel) 100 mm marmorplater Takets oppbygging henger sammen med andre løsninger for bygget, slik at hovedtrekkene i oppbyggingen var fastlåst og vil ikke bli kommentert nærmere her. Vi konsentrerte oss derfor om å oppnå en mest mulig optimal løsning for sjiktet mellom XPS-platene og marmoren. Det var stilt følgende krav til magerbetongen (50-90 mm) drenering 150 l/m 2 pr. time fasthetsklasse B5 og maksimum karakteristisk fasthet 7,5 MPa

24 23 bestandighetsklasse M45 og god frostbestandighet hvit sement med 4 % silikastøv og antatt vannbehov, v/b = ca 1,5 tilsetning av vannavstøtende middel (silanbasert) for å hindre utvasking Det var stilt følgende krav til settelaget (30 mm) mørtelklasse A, NS3120 heft til steinen > 0,5 MPa Av hensyn til avretting og steinleggingen var det ønskelig med et tykkere settelag. Det var heller ikke optimalt for dreneringen å ha et drenerende lag nederst og et tettere settelag øverst. Det ble derfor bestemt at magerbetong og settemørtel skulle slås sammen til et sjikt (ca 100 mm) som legges ut i en omgang, og som steinen legges direkte på. 4 Valg av mørtelresept Opprinnelig beskrivelse inneholder motstridende krav. Blant annet er det krav til bestandighetsklasse M45 (masseforhold maks 0,45) og antydet masseforhold (v/b) på 1,5. Kravet til fasthet er uklart, men det virket uansett ulogisk å sette maksimumskrav til karakteristisk fasthet. Det ble foretatt følgende valg for utprøving av en drenerende magermørtel tilslag 1-4 mm knust sand (helt uten finstoff) hvit sement, ca kg/m 3 15 % silikastøv v/b ca 0,45 Det ble valgt å beholde hvitsementen for å redusere faren for misfaring av steinen. Dersom alkalisk vann fra mørtelen trekkes kapillært opp gjennom steinen til overflata, vil sjansen for misfarging på grunn av jern i steinen være større for gråsement enn for hvitsement. Dette skyldes lavere alkaliinnhold i hvitsement (og at hvit sement i seg selv inneholder mindre jern og mangan). Det ble valgt et høyt silikainnhold for å redusere faren for utvasking av CaOH fra pastaen over tid. Det ensgraderte tilslaget uten finstoff gir en åpen struktur og god dreneringsevne. Mørtelen skal drenere effektivt bort eventuelt vann som kommer ned gjennom defekter i fuger, slik at vannet ikke blir stående i mørtelen under steinen. Det ble valgt et lavt v/b forhold av hensyn til mørtelens bestandighetsegenskaper. 5 Egenskaper for valgt resept Vi endte relativt raskt opp med denne mørtelresepten som tilfredsstillende Materialsammensetning i kg/m 3 mørtel Sement 255 Silikastøv mm knust sand 1276 Vann 143 v/c+2s 0,43 Dette gir en masse som likner på fuktig, grov sand. Massen siger ikke (taket er skrått), og er grei å bearbeide og avrette til et jevnt sjikt. Den inneholder svært lite pasta og vil derfor gi minimalt med