Nedbrytningsmekanismer, reparasjon og vedlikehold av betongkonstruksjoner Teknologidagene 2011 Jan-Magnus Østvik Dr. Ing Sjefsingeniør TMT Tunnel- og betongseksjonen
Betong er evigvarende, eller? Armerte betongkonstruksjoner er robuste konstruksjoner Men det forutsetter: at betongresepten (og levert betong) samsvarer med miljøpåvirkningene at armeringsoverdekningen samsvarer med miljøpåvirkningene at geometrien samsvarer med miljøpåvirkningene at entreprenøren har gjort en god jobb at byggherren har hatt en god kontroll For svært mange av Svvs konstruksjoner har det vært svikt på ett eller flere av disse punktene
Betongens «fiender» Klorider fra sjø- og/eller tinesalter som medfører at armeringen ruster CO 2 nøytraliserer (senker) ph i betong som medfører at armeringen ruster Tilslag som reagerer med alkaliene i betongen og medfører en volumendring og følgeskader Frost Syrer og annen kjemisk nedbrytning
Armeringskorrosjon Betongens høye ph gir armeringsstålet god beskyttelse mot korrosjon I grenseflaten mellom armering og betong dannes en oksydfilm (passivfilm) som hindrer korrosjon Passivfilmen brytes ned lokalt dersom klorider trenger inn i tilstrekkelige mengder i riss og dårlig utstøpte områder generelt over tid (diffusjon) over større områder dersom karbonatiseringsfronten trenger inn til armeringen skyldes at Ca(OH) 2 omdannes til CaCO 3 noe som senker ph fra omkring 13 til 9 ved «full» karbonatisering Brudd på passivfilmen medfører armeringskorrosjon
Armeringskorrosjon SALT CO 2 Betong Passiv film Fe 2+ CaCO 3 Cl - Cl - Lokale brudd i passivfilmen Cl - H 2 O Fe 2+ ANODE HCl Fe 2+ Fe 2+ Fe 2+ Armering Fe Fe Fe 2+ Fe Fe Fe Stål korroderer normalt ikke i betong pga høy ph - Lokale brudd i passivfilmen er selvreparerende Klorider og karbonatisering bryter ned passivfilmen permanent og fører til armeringskorrosjon
Alkaliereaksjoner Alkalireaksjoner er en kjemisk-fysisk prosess Visse bergarter i tilslaget reagerer kjemisk med alkalier i betongens sementpasta Reaksjonsproduktet, en alkaligel, er vannsugende og sveller ved vannopptak Volumøkningen forårsaker opprissing når strekkfastheten overskrides
Betingelser for alkalireaksjoner Reaktivt tilslag RAVtrekanten Alkalier Vann (RF > ca 80 %)
Indikasjon visuelle registreringer Opprissing Krakeleringsriss på frie flater Riss parallelt med belastningsretningen Utfelling av gel i riss Mest opprissing på fuktutsatte flater Sammenklemming av fuger Forskyvning av lagre Deformasjoner
Frost Betong har et porevolum i størrelsesorden 120-180 liter pr m 3 betong Store deler av porene nær betongoverflaten fylles lett med vann når betongen utsettes for fritt vann Når vann fryser til is, øker volumet med ca 9 % Volumutvidelsen fører til strekkspenninger i betongen, og når strekkspenningene overskrider betongens strekkfasthet oppstår riss og avskalling NB! Salteksponering øker risikoen for frostnedbrytning
Konsekvenser av frostnedbrytning Volumnedbrytning Desintegrering av betongen Reduserte mekaniske egenskaper Overflatenedbrytning Reduksjon av betongtverrsnitt Armeringskorrosjon 13
Kjemisk nedbrytning Betong kan brytes ned i kontakt med forskjellige kjemiske forbindelser Syrer Sulfater Salter Mekanismene er forskjellige, men fellestrekket er at bindemidlet CSH gel og Ca(OH) 2 brytes ned og erstattes med noe som har lavere styrke (eller ikke styrke i det hele tatt)
Hva gjør vi for å unngå slike skader? Innledningsvis ble dere fortalt at betongkonstruksjoner er robuste forutsatt: at betongresepten (og levert betong) samsvarer med miljøpåvirkningene at armeringsoverdekningen samsvarer med miljøpåvirkningene at geometrien samsvarer med miljøpåvirkningene at entreprenøren har gjort en god jobb at byggherren har hatt en god kontroll Dette er hva vi skal gjøre for å unngå slike skader!
OK. Vi har en konstruksjon med skader. Hva gjør vi nå? Det kommer an på skadetype, årsak og omfang. Store skader som en følge av kloridinitiert armeringskorrosjon krever spesielle tiltak og sannsynligvis er katodisk beskyttelse eneste mulighet. Andre og mindre omfattende skader kan repareres på andre måter.
Katodisk beskyttelse Ekstern anode Ekstern elektrolytt Ekstern strømkilde + - Cl - ANODE HCl H 2 O Fe 2+ Ved hjelp av en ekstern anode reverseres korrosjonsstrømmen, dermed stopper armeringskorrosjonen opp
Risøy bru katodisk beskyttelse Klorider, karbonatisering, armeringskorrosjon Ikke redusert bæreevne Bruseksjonen, Børre Stensvold
Katodisk beskyttelse - ulike anodetyper Offeranoder (evt påtrykt strøm) under vann Titannett i sprøytebetong Innborede anoder Titanbånd i slisser eller på betongoverflaten Elektrisk ledende belegg
Bruseksjonen, Børre Stensvold
Bruseksjonen, Børre Stensvold
Bruseksjonen, Børre Stensvold
Region Vest, Magne Langeteig
Overflatebehandling av betong Formål: Beskytte betongen mot inntrenging av aggressiver (f eks klorider, CO 2 og væsker) og/eller vann NB! Overflatebehandling stopper ikke korrosjon - må utføres før kloridene har nådd armering
Overflatebehandling - produkttyper Hydrofoberende impregnering Eks: silaner, siloksaner Impregnering Eks: silikater, oftest vannglass Belegg Eks: epoksy, slemmemasser
Mekanisk reparasjon av betong Prosedyren består av mange deloperasjoner: Kristiansen, Lindland, Østmoen: Betongrehabilitering. Metoder og utførelse
Mekanisk reparasjon (SVV) Best egnet ved lokale skader Ved flateskader kan krav til fjerning av betong føre til at metoden blir uøkonomisk at konstruksjonen skades mer enn den repareres Vannmeisling og tørrsprøyting foretrekkes Bruseksjonen, Knut Grefstad
Hadsel bru - kappestøp Kloridinfisert overdekning og start korrosjon Bruseksjonen, Knut Grefstad
Kappestøp - prinsipp Kloridinfisert overdekning Cl - Cl - Cl - Cl - Cl - Cl - Cl - Cl -
Kappestøp - prinsipp Fjerning av kloridinfisert overdekning
Kappestøp - prinsipp Ny armering (evt utskifting av eksisterende), forskaling og støp
Bruseksjonen, Knut Grefstad
Bruseksjonen, Knut Grefstad
Hvordan håndtere AR tiltak? Det finnes pr i dag ingen veldokumenterte reparasjonsmetoder for konstruksjoner med AR Dersom tiltak skal gjennomføres bør de ha minst ett av følgende to prinsipielle formål: Forebygge/redusere selve ekspansjonen (hastigheten) Forebygge og/eller redusere effekten av ekspansjonene
Oppsummering Betongen har noen fiender Klorider, CO2, ASR, Frost, Kjemiske forbindelser Betongkonstruksjoner er robuste forutsatt: God kontroll i alle ledd, god design og betongkvalitet tilpasset miljøpåvirkning Reparasjon og rehabilitering Omfattende kloridskader katodisk beskyttelse hvis bæreevne er ok Mindre omfattende skader mekanisk reparasjon Før skader overflatebehandling Forsterkning kan være nødvendig ved ASR
Takk for oppmerksomheten!!