Yngres Betongnettverk 27. februar 2014 Korleis har krava til bestandighet mhp krav til masseforhold og overdekning endra seg dei siste 100 åra? Kva konsekvensane har dette hatt? Kva er dei største suksessane (og fiaskoane?) gjennom ein lang karriere? Magne Maage Skanska Norge AS Innhald Styrande dokument - standardar Krav til masseforhold Krav til overdekning Krav til rissvidder Krav til kloridinnhald i fersk betong Forskning på kloridinntrenging ein suksess Silikastøv i betong ein suksess Fiaskoar (vi får sjå)?? 2 1
Styrande dokument 1893 Edvard Kolderup (Ingeniørkaptein, lærer ved den militære høiskole): MONIERKONSTRUKSJONER Den nye byggemethodes epokegjørende betydning og anvendelse. Informasjon om: Dimensjonering av armert betong Betongsamansetting: Normal bruk: 1 volumdel sement og 3 volumdeler sand.(26 MPa) Litt meir sement i meir aggressivt miljø «Monierkonstruktioner er den mest geniale og den mest betydningsfulde Opfindelse, som endnu har seet Dagens Lys paa Bygningskunstens Omraade.» 3 Informasjonsbok om bruk av betong i landbruket, ca 60 sider. Utgitt i 1924 av A/S Norsk Portland Cementkontor «Står til Dovre falder» Det aller meste av det som står der er riktig også i dag. 4 2
1926 Den norske ingeniørforenings forskrifter: JERNBETONKONSTRUKTIONER OG BETONKONSTRUKTIONER Informasjon om krav til: Armeringsstål Flytegrense: 2400 kg/cm2 (I dag: 5000) Bruddgrense: 3700 kg/cm2 Delmateriala til betong «Vand. Der maa kun brukes ferskvand» Blandingsforhold «avhængig av konstruktionens art» «I sin almindelighet ikke magrere end 1 del cement+3 dele sand+fra 0 til 4,5 del sten regnet i volumdele.» Vassmengde på 15-20 % av sement og sand Normale konstruksjonar: ca 290 kg sement og v/c-tal i området 0,6-0,8 I sjøvatn: ca 340 kg sement og v/c-tal i området 0,45-0,6 I skvalpesonen: ca 425 kg sement og v/c-tal i området 0,37-0,50 Overdekning Innandørs plater: 10 mm Konstruksjonar i sjøvatn: minst 50 mm Utførelse, inklusive herdetiltak 5 1939 Den Norske Ingeniørforening: NS 427 REGLER FOR UTFØRELSE AV ARBEIDER I ARMERT BETONG Krav til: Kvalifikasjonar til prosjekterande, utførande og kontrollerande (vart borte i 1973 for prosjekterande, men kom tilbake i ei mild form seinare) Sementtype (standard, slaggsement, lågvarme-sement og sein sement) Tilslag (humus, siktekurve etc) Blandevatn (ferskvatn, sjøvatn tillatt) Betongsamansetting (fire klassar A-D med krav til forhold sement:sans:stein + største tillatte v/c-tal) Masseforhold 0,5, 0,6, 0,72, 0,85 avhengig av miljø Kobling mellom miljø og betongklassane («miljøklassar» som kom bort i 1962, men kom igjen i 1986/1989) Betongoverdekning (avhengig av miljø) Armeringsstål (bløtt og hardt stål) Utførelse og kontroll 6 3
1962 Den Norske Ingeniørforening: NS 427A BETONGARBEIDER Del 1: Krav til materialer og utførelse Del 2: Prøvningsmetoder Del 3: Prosjekteringsregler Del 4: Tilnærmede beregningsmetoder Del 5: Betongtekniske faguttrykk Krav til: Sement, blandevatn og tilslag som før Tilsetningsstoff omtalt for første gong Betongkvalitet definert berre med fasthet (8 fasthetsklassar frå B100 til B450) Lite vekt på miljø og bestandighet (krav til v/c-tal borte) Betongoverdekning (avhengig av miljø auka litt) Kamstål introdusert frå 1947 (3 fasthetsklassar og 2 sveisbarhetsklassar) Spennstål introdusert på 1950-talet Tre utførelsesklassar (A, B og C) 7 Norges Standardiseringsforbund: 1973: NS 3473 PROSJEKTERING AV BETONG-KONSTRUKSJONER Beregning og dimensjonering (1. utgave) Eit banebrytande dokument med nye metodar 1973: NS 3474 PROSJEKTERING AV BETONG-KONSTRUKSJONER Materialer, utførelse og kontroll (1. utgave) Krav til: Sement og tilslag om lag som før, men alkalireaksjoner er nevnt Blandevatn (sjøvatn tillatt, men maksgrense for CaCl 2 er gitt, ikkje tillatt med spennstål) Betongkvalitet definert berre med fasthet Betongoverdekning (avhengig av miljø litt meir nyansert, men stort sett redusert) Silikastøv vart introdusert på 1970-talet og fasthetskravet vart oppnådd med lite sement og mykje vatn Etter kvart store bestandighetsproblem 8 4
NBR Norges Standardiseringsråd (etablert 1964) overtok etter NIF (på vegne av Norges Standardiseringsforbund): NS 3420 Del L - 1976 (1. utgave) 1986 (2. utgave): BETONGKONSTRUKSJONER Materialer, utførelse og kontroll NS 3473 PROSJEKTERING AV BETONGKONSTRUKSJONER Beregnings- og konstruksjonsregler (3. utgave 1989) Banebrytande dokument igjen pga offshorekonstruksjonar omsett til engelsk i 1992 og grunnlag for ISO-standard for offshorekonstruksjonar Krav til: Betongkvalitet (v/b masseforhold og minste sementmengde) avhengig av miljø er tilbake Sement og tilslag om lag som før, men sulfatreaksjonar er nevnt Blandevatn (sjøvatn ikkje tillatt i armert betong, men framleis tillatt i uarmert betong) Tillatt mengde silikastøv avgrensa til 10 % av sementklinker Betongoverdekning (avhengig av miljø meir nyanserte og auka) Berekningsmessige rissvidder kom inn for første gong 9 NS 3420 L etter 1986 3. Utgave 1999: Betongrehabilitering kjem med for første gong Små justeringar på det som har med bestandighet å gjere 3.2 Utgave 2003: Krav til materialet betong erstatta med henvising til NS-EN 206-1+NA (kom i 2000 med første NA i 2003) Krav til utførelse, toleransar og prøving stort sett erstatta med henvisning til NS 3456 (kom i 2003) Miljøklassar blir erstatta med eksponeringsklassar Bestandighetsklassar blir introdusert Toleransekrav blir delt i to grupper: Konstruksjonstoleranseklassar (NS 3465) Overflatetoleranseklassar (NS 3420-0) Kompetansekrav for betongrehabilitering innført 10 5
NS 3420 - L 4. Utgave 2008: Mange endringar, men ikkje noko som har med bestandighet å gjere Utgave 2010 (gjeldande i dag): Henvising til NS 3465 er erstatta med NS-EN 13670+NA (kom i 2009 med første NA i 2010) Utførelsesklasse innført i staden for kontrollklasse Kompetansekrav for utførelse av sprøytebetong er tatt ut og flytta til til NA for NS-EN 14487-2. Kompetansekrav for utførelse av betongrehabilitering er tatt ut og flytta til NA for NS-EN 1504-9 11 NS 3473 etter 1989 4. Utgave 1992: Krav til overdekning avhengig av miljøklasse og auka Krav til rissvidder uendra 5. Utgave 1998: «Nominell» overdekning lik minimumsoverdekning+tillatte avvik innført Krav til minimumsoverdekning uendra, men kravet likevel auka med tillatte avvik, normalt 10 mm auking. NS-EN 1992-1-1 Frivillig i engelsk versjon frå 2004 Norsk versjon med NA utgitt 2008 Obligatorisk frå mars 2010 NS 3473 var historie frå mars 2010 12 6
NS 3465, NS-EN 13670 og NS-EN 206-1 NS 3465 Kom i 2003 og erstatta krav i NS 3420-L Bygd på den europeiske førstandarden ENV 13670 (1999) NS-EN 13670+NA Kom i 2009 med NA i 2010 Erstatta NS 3465 Vidare bearbeiding av ENV 13670 NS-EN 206-1+NA Kom som engelskspråkleg i 2000 Omsett til norsk med NA i 2003 Nytt NA i 2007 (NS-EN 206-1:2000+NA:2007 gjeldande) Er under revisjon. Kjem som NS-EN 206:2013+NA:2014 i 2014 13 v/c-tal - masseforhold Krav til v/c-tal (masseforhold) Ca Silikastøv introdusert tidleg på 1970-talet Øvre linjer: NA, M60 0,5 Ca Nedre linjer: MA, M40 Ingen krav Ingen krav 1893 1926 1939 1962 1989 2003 2014 14 7
1962 Krav til overdekning Overdekning - mm 50 Overdekning Nominell overdekning Øvre linjer: NA, M60 Ingen krav Nedre linjer: MA, M40 1893 1926 1939 1962 1973 1989 1998 2014 15 Krav til berekningsmessige karakteristiske rissvidder 2010 Rissvidde - mm 0,5 NA, M60 Ingen krav før 1962 MA, M40 Ingen krav 1893 1926 1939 1962 1973 1989 1998 2010 2014 16 8
Kloridinnhald % av sement 0,05 Krav til maksimalt kloridinnhald i fersk betong Ingen krav til kloridinnhald før 1962 GENERELT FRÅ 1962 TIL 1986: CaCl 2 normalt mindre enn 1 % og aldri over 2 % av sement. Sjøvatn tillatt, men ikkje kombinert med CaCl 2 eller SR-sement Slakkarmering SPENNSTÅL FRÅ 1973: CaCl 2 ikkje tillatt. Sjøvatn ikkje tillatt som blandevatn. Maks 0,003 % CaCl 2 av sement frå tilsetningsstoff, maks 0,01 % frå 1986 Spennstål, SR-sement og kloridrikt miljø 1893 1926 1939 1962 73 76 1986 1999 2003 2014 17 Kort søyle Norsk standard Nødvendig tverrsnitt for å bære 1 MN (100 tonn) 1923 C - 18 51 x 51 cm 2 1939 C - 29 40 x 40 cm 2 1963 C - 45 28 x 28 cm 2 1973 C - 65 23 x 23 cm 2 1989 C - 105 15 x 15 cm 2 18 9
Nødvendig tverrsnitt for å bære 1 MN (100 tonn) 120 Nødvendig tverrsnittsareal i % 100 80 60 40 20 0 1920 1940 1960 1980 2000 MM 19 Suksess 1: Forskning på kloridinntrenging i betong Store forskningsprosjekt starta på 1980-talet Prøver frå eksisterande konstruksjonar bruer og kaiar Laboratorieforsøk Rapporterte tidleg på 1990-talet som dei første i verda at Diffusjonskoeffisienten for kloridinntrenging er tidsavhengig Pågåande reaksjonar over lang tid Ioneutbytting mellom betong og sjøvatn D a (t) = D o (t o /t) α D a (t) er tidsavhengig diffusjonskoeffisient ved tid t D o er diffusjonskoeffisient ved referansetid t o α er ein aldringsfaktor mellom 0 og 1 0 betyr ingen aldringseffekt 1 betyr at betongen blir fullstendig tett 20 10
Utvikla berekningsverktøy for estimering av kloridinntrenging basert på Ficks andre lov om diffusjon, modifisert for varierande diffusjonskoeffisient Der t LT er estimert levetid, dvs tidspunkt når kloridnivået ved armeringa har nådd kritisk nivå t 0 er referansetid der D 0 er bestemt c er overdekning erfc -1 er den omvendte feilfunksjonen av [ ] C cr er kritisk kloridnivå der korrosjon kan starte C o er kloridnivå på betongoverflata ved tid t 0 C i er kloridnivå langt inne i betongen 21 Presentert først gong på internasjonal konferanse om High strength concrete i 1993. Her frå Duranet-Workshop i 2001. Utprøvd i omfattande ringforsøk over heile verda med mest pålitelege resultat. Innarbeidd som Design model i ISO 16204, som kom ut i 2012. 20 år frå utvikling til standardisering 22 11
Suksess 2: Forskning og praktisk bruk av silikastøv i betong Silikastøv er restprodukt frå ferrosilisiumindustrien, dvs rensing av røykgassane. Slik såg det ut til ut på 1970-talet. Miljøvernminister Gro Harlem Bruntland (74-79) påla industrien å rense røykgassane. Silikastøv er amorfe (dvs glassaktige) partiklar med diameter ca 1/100 av sement. Består for det meste av SiO 2 som reagerer kjemisk med Ca(OH) 2 frå sementreaksjonen og dannar meir kalsium-silikat-hydrat (C-S-H). Blir pga dette kalla eit pozzolant materiale. 23 Forskning på silikastøv starta på slutten av 1940- talet. Ein professor frå NTH og ein administrerande direktør på Fesil i Kristiansand hang over pipa og samla litt støv i fuktige sekker. Det resulterte i rapporten «SiO 2 -Fume as Cement Replacement» publisert i «Betongen i dag» i april 1952. Lovande resultat, men det skjedde ikkje meir pga: Hadde ingen industriell måte å samle støv på Hadde ikkje plastiserande stoff til å dispergere dei svært finkornige partiklane Tidleg på 1970-talet laga eg eit einsides, handskreve notat om muligheter ved bruk av silikastøv i betong for min professor. Starten på omfattande forsking over heile verda og praktisk bruk Norge var einerådande i mange år på utvikling og bruk Hadde på den tid berre krav til fasthet, ingen bestandighetskrav Stor uenighet utover på 1980-talet om bestandighet Fekk reglar i NS 3420 1986 som i hovudsak gjeld i dag 24 12
Silikastøv var i starten gratis Vart brukt i store mengder for å tilfredsstille fasthetskravet med bruk av lite sement I dag Mangel på silikastøv i verda i dag høge prisar Brukar i dag silikastøv stort sett for å gjere ein god betong betre eller for betring av enkelte eigenskapar som Stabilitet av fersk betong Motstand mot kloridinntrenging Motstand mot alkalireaksjonar Før 25 Skanska Teknikk Utvikla Norsk Standard for materialet silikastøv i 1992 NS 3045 Vart grunnlag for europeisk Standard etter kvart: NS-EN 13263-1 og 2:2005 Silikastøv for betong Del 1: Definisjoner, krav og samsvarskriterier Del 2: Evaluering av samsvar 26 Skanska Teknikk - Betongavdelinga 13
FIASKOAR?? Har ikkje funne ein einaste fiasko Fiaskoen her var at fisken ikkje beit TAKK! 27 14