COWI Fredrikstad 3. desember 2015 Betongteknologi for rådgivarar NS-EN 206 og NS-EN 13670 i praktisk bruk (2) Magne Maage
Innhald Eksponeringsklassar og skademekanismer Alkalireaksjonar Bestandighetsklassar Samanheng mellom eksponerings- og bestandighetsklassar Egenskapsdefinert og foreskreven betong Fasthetsklassar Armeringsoverdekning Kloridklassar Største steinstorleik i tilslaget Spesielle krav til bestandighet av marine konstruksjonar 2
Eksponeringsklassar (20 klassar) X0 XC1-XC4 XD1-XD3 XS1-XS3 XF1-XF4 XA1-XA3 XA4 XSA Ingen risiko for korrosjon eller nedbryting Korrosjon framkalla av karbonatisering Korrosjon framkalla av kloridar som ikkje stammar frå sjøvatn Korrosjon framkalla av kloridar frå sjøvatn Fryse-/tineangrep med og utan avisingsmiddel Kjemiske angrep Kjemiske angrep frå husdyrgjødsel Særleg aggressivt miljø Norske Europeiske 3
Eksponeringsklassar for karbonatisering Mest vanleg i bygg 4
Karbonatisering 0,03-0,04 % CO 2 i vanleg luft (aukande) Reaksjon mellom Ca(OH) 2 : Ca(OH) 2 + CO 2 H 2 O CaCO 3 + H 2 O ph ca 13,5 stålet verna mot korrosjon ph ca 7,5 stålet ikkje verna mot korrosjon 5
Karbonatisering avhengig av: Fuktighet Masseforhold Sementtype Flygeaske Slagg Silikastøv Tid (rettlinja i dobbellogaritmisk skala) Masse-forhold 6
Karbonatisering medfører: Redusert ph i betongen Sterkare og stivare betong Karbonatiseringssvinn Same storleiksorden som uttørkingssvinn, kjem i tillegg til uttørkingssvinn 7
Eksponeringsklassar for kloridar 8
Kloridkjelder ved produksjon Historie Sement: Silikastøv: Sjøsand: Sjøvatn: TSS: 0,02 0,05 % kloridionar ca 0,02 % kloridionar 0,02 0,05 % kloridionar (opp i 0,15%) ca 1,9 % kloridionar Akselerator ca 60 % kloridionar 9 9
Kloridinntrenging Inntrenging ved: Diffusjon Kapillær suging Hydraulisk trykk Sjøvatn (eksponeringsklassar XS-) Salting (eksponeringsklassar XD-) Mot is om vinteren Mot støv om sommaren 10 10
Kloridar medfører Korrosjonsrisiko Ofte lokale, djupe angrep (pitting) Redusert frostmotstand Krav til litt meir luft Større svinn når CaCl 2 blir brukt Mindre viktig Høge saltkonsentrasjonar kan gi sprengingsreaksjonar 11 11
Eksponeringsklassar for frostpåkjenning 12
Frostnedbryting Betong er eit porøst materiale 120 180 liter luftporer per m 3 betong Vatn utvidar seg ca 9 vol% ved overgang frå vatn til is Mange frostteoriar Hydraulisk trykkteori (Powers) Osmotisk trykke (Litvan) 13
Modell for frostnedbryting (Powers) 14
Alkalireaksjonar (ikkje dekka av eksponeringsklassane) NS-EN 206 (Betong) gir generelle krav Pkt 5.2.2 «Valg av sement» «mulig reaksjon med alkalier fra delmaterialene» Pkt 5.2.3.5 «Motstand mot alkalireaksjoner» Tillegg L, linje 4 Nasjonalt tillegg til pkt 5.2.3.5: «Delmaterialer og betongsammensetning skal tilfredsstille kravene i Norsk Betongforenings Publikasjon nr. 21 «Bestandig betong med alkalireaktivt tilslag» NS-EN 12620 (Tilslag) gir generelle krav Nasjonalt tillegg viser også til krav i NBP 21 15
Alkalireaksjonar Prinsipp for sikring i NBP 21: 1. Ikkje-reaktivt tilslag vurdert etter metodar gitt i NBP 21: Petrografisk analyse (mindre enn 20 % reaktive bergarter) Mørtelprismemetode (grenseverdiar for ekspansjon gitt) Betongprismemetode (grenseverdiar for ekspansjon gitt) 2. Bindemiddelet har samansetting som sikrar mot skadelege alkalireaksjonar etter reglar i NBP 21: Grenseverdiar for totalt alkaliinnhald ved bruk av standardsement, blandingssementar og tilsetningsmaterialar (silikastøv, flygeaske, slagg etc) gitt i NBP 21 Oppdatering i Vedlegg C på NBs heimesider (www.betong.net) 3. Eksponeringsmiljø for betongen er tilstrekkeleg tørt etter reglar gitt i NBP 21: Innandørs konstruksjonar med tykkelse mindre enn 50 cm og RF under 80 % Eit av dei tre krava skal vere tilfredsstilt («enkel sikring») 16
Alkalireaksjonar «Dobbel sikring» gitt i NBP 21 i prinsipp 4 (nytt 2012): 4. For spesielt fuktige og varme miljø, som eksempelvis moderne badeanlegg, skal det likevel beskrivast både eit ikkje-alkalireaktivt tilslag (pkt 1) og en ikkje-reaktiv bindemiddelkombinasjon (pkt 2) For konstruksjonar «av monumental karakter» og tilsikta lang levetid (over 100 år), er det anbefalt å gjere spesielle vurderingar, i praksis «dobbel sikring» (står ingen plass). Rådgivande ingeniør skal beskrive kva krav som gjeld for eit konkret prosjekt: Ingen tilleggskrav nødvendige når pkt 3 er automatisk oppfylt «Enkel sikring», det vanlege (eit av pkt 1, 2 eller 3 skal oppfyllast) «Dobbel sikring», i spesielle tilfelle nevnt over (ikkje vanleg) 17
Eksponeringsklassar Eksempel 1 Ein balkong er utsett for luftpåkjenning og det kan regne inn på overflata. Kva eksponeringsklassar er denne balkongen utsett for? Svar: I gruppe 2 (luftpåkjenning) er klasse XC4 Vekselvis vått og tørt mest aktuell. I gruppe 5 (fryse-/tineangrep er klasse XF3 mest aktuell. 18
Eksponeringsklassar Eksempel 2 Eit ope garasjeanlegg er utsett for luftpåkjenning, kloridar som blir dradd inn med bilar og frost. Kva eksponeringsklassar er denne garasjen utsett for? Svar: I gruppe 2 (luftpåkjenning) er klasse XC4 Vekselvis vått og tørt mest aktuell. I gruppe 3 (salting) er XD3 Vekselvis vått og tørt mest aktuell. I gruppe 5 (fryse-/tineangrep) er klasse XF4 mest aktuell 19
Bestandighetsklassar Grenseverdiar for samansetting og eigenskapar for betong etter Nasjonalt tillegg til NS-EN 206, pkt NA.5.3.2 Del av tabell NA.12 i NS-EN 206 - Bestandighetsklasser Bestandighetsklasse Eigenskap M90 M60 M45 MF45 M40 MF40 Største masseforhold Minste luftinnhald i fersk betong Minste effektive bindemiddelmengde Nedre del av denne tabellen inneheld oversikt over sementtypar som det er gitt bruksreglar for i Norge (ikkje med her) 20 0,90 Variabelt med sementtype 0,45 0,45 0,40 0,40 -- -- -- 4 % -- 4 % 225 250 300 300 330 330
Bestandighetsklassar Masseforhold definert som: vatn/(sement + k tilsettingsmateriale)-forhold Effektiv bindemiddelmengde definert som: (sement + k tilsettingsmateriale) Reglar for bruk av virkningsfaktor k gitt i NA.5.2.5 til NS-EN 206 for Silikastøv Flygeaske Slagg Luftinnhald i fersk betong skal vere i området 4 8 % 21
Samanheng mellom eksponeringsklassar og bestandighetsklassar (NA til NS-EN 206) 22
Bestandighetsklassar Eksempel 1 Kva bestandighetsklasse skal brukast for betongen i dette tilfelle? Svar: Eksponeringsklasse XC4 krev ifølge tabell side 22 bestandighetsklasse M60 og eksponeringsklasse XF3 krev bestandighetsklasse MF45. Det strengaste kravet fører til at bestandighetsklasse MF45 må brukast. Tabell side 20 viser krav til grenseverdiar for denne. 23
Bestandighetsklassar Eksempel 2 Kva bestandighetsklasse skal brukast for betongen i dette tilfellet? Svar: Eksponeringsklasse XC4 krev ifølge tabell på side 22 bestandighetsklasse M60. Eksponeringsklasse XD3 krev bestandighetsklasse M40 og eksponeringsklasse XF4 krev bestandighetsklasse MF45. Det strengaste kravet fører med andre ord til at bestandighetsklasse MF40 må brukast. Tabell side 20 viser krav til grenseverdiar for denne. 24
Eigenskapsdefinert og foreskreven betong NS-EN 13670 pkt 8.1: (1) Betongen og spesifiseringen av denne skal være i samsvar med NS-EN 206. (2) Spesifikasjonen av betong skal ved bestilling inneholde kravene som er gitt i produksjonsunderlaget, og krav som er knyttet til den valgte utførelsesmetoden. (3) Den faktiske øvre kornstørrelsen D for tilslaget som skal brukes i betongen, skal ikke være mindre enn det som er angitt i produksjonsunderlaget. MERKNAD Se F.8.1. (4) Informasjon om utvikling av betongfasthet skal innhentes fra betongprodusenten når det er nødvendig for utførelsen av betongarbeidene, for eksempel ved bestemmelse av herdeklasse. I Norge gjeld reglane for Egenskapsdefinert betong og Foreskreven betong gitt i NS-EN 206 pkt. 6.2 og 6.3 med Nasjonalt tillegg. Det aller meste av den betongen vi brukar er Egenskapsdefinert betong. 25
Eigenskapsdefinert betong Krav ved bestilling av betong Egenskapsdefinert betong Grunnleggande krav skal alltid vere med Tilleggskrav skal vere med når det er nødvendig Krav i spesifikasjonen Krav som har med støypeprosess å gjere Prosjekterande spesifiserer, utførande bringar krava vidare til betongleverandør Krav frå spesifikasjon Eigne krav som heng saman med utførelsen 26
Eigenskapsdefinert betong Krav ved bestilling av betong Grunnleggande krav (NS-EN 206 pkt 6.2.2): Krav om samsvar med NS-EN 206 (RIB) Fasthetsklasse (RIB) (Eksponeringsklasse??) Bør vere med! (RIB) Bestandighetsklasse (RIB) Om det skal brukast sulfatbestandig bindemiddel i sulfatmotstandsklasse SuR1 eller SuR2 (RIB) Største nominelle kornstorleik i tilslaget (RIB) Kloridinnhaldsklasse (RIB) Konsistensklasse eller tilsikta konsistensverdi (Entr) (Konsistensklassane er gitt i NS-EN 206 pkt. 4.2.1) 27
Eigenskapsdefinert betong Krav ved bestilling av betong Grunnleggande krav for lettbetong og tungbetong: Densitetsklasse eller tilsikta densitet (Klassar for lettbetong gitt i NS-EN 206 pkt. 4.3.2) Tilleggskrav (NS-EN 206 pkt 6.2.3): Spesielle sementtypar eller klassar (f. eks. sement med låg varmeutvikling under herdeprosessen) Spesielle tilslagstypar eller klassar Eigenskapar som kreves for å motstå fryse- /tineangrep, f. eks. luftinnhald (kravet skal tilfredsstillast ved utstøypingsstaden) Avvikande krav til temperaturen i den ferske betongen (standardkravet er at temperaturen ikkje skal vere lågare enn 5 C på leveringstidspunktet) Fasthetsutvikling (karakterisert med forholdet mellom midlere fasthet ved 2 d og 28 d gitt i NS-EN 206 pkt. 7.2 Tabell 16) 28
Eigenskapsdefinert betong Krav ved bestilling av betong Tilleggskrav (NS-EN 206 pkt 6.2.3): Varmeutvikling under herdeprosessen Forseinka størkning (retardering) Motstand mot vassinntrenging (vanlegvis tilfredsstilt når krav til samansetting av vasstett betong ifølge Nasjonalt tillegg til NS-EN 206 pkt. NA.5.5.3 er tilfredsstilt) Motstand mot slitasje Spaltestrekkfasthet Andre tekniske krav (f. eks. krav for å oppnå ei bestemt overflate eller i samband med ein spesiell støypemetode) Spesielle krav til betong for støyping i vatn Spesielle krav til betong for våtsprøyting 29
Konsistensklassar (NS-EN 206 pkt 4.2.1) I NS-EN 206 er det gitt konsistensklassar basert på ulike metodar for karakterisering av konsistens: Synkklassar: 5 klassar frå 10 til over 220 mm synkmål Komprimeringsklasse: 5 klassar frå meir enn 1,46 til mindre enn 1,04 i komprimeringsgrad Utbredingsklasse: 6 klassar frå mindre enn 340 til meir enn 630 mm utbredingsdiameter i mm Synkutbredelsesklasse (SKB): 3 klassar frå 550 til 850 mm Vi er mest vant med synkmålet. Tillegg for sjølvkomprimerande betong (SKB) Viskositetsklasse t 500 (2 klassar) Viskositetsklasse t v (2 klassar) Passeringsevne (L-boks) Passeringsevne (J-ring) Segresjonsmotstand (stabilitet) 30
Fasthetsklassar Fasthetsklassar for normalbetong og tungbetong med norske og europeiske (CEN) notasjonar (NS-EN 1992-1-1, pkt NA.3.1.2 og NS-EN 206, Tabell NA.2) 31
Trykkfasthet Karakteristisk verdi Maks 5 % av resultata mindre enn B Antall Avstand mellom karakteristisk og middelverdi ca 5-10 MPa avhengig av spredning 32 Karakteristisk fasthet B B X1 X2 Trykkfasthet
Trykkfasthet karakteristisk / midlere Kva er kravet til midlere fasthet for ein B35 målt på terningar? Svar: Karakteristisk sylinderfasthet: Karakteristisk terningfasthet: 35 MPa 45 MPa Midlere: 5-10 MPa høgare enn karakteristisk Svar: 50-55 MPa 33
Fasthetsklassar Grov samanheng mellom fasthetsklasse og bestandighetsklassar gitt i NS-EN 1992-1-1, pkt NA.E.1 I NS-EN 1992-1-1, Tillegg E, punkt E.1(2) heiter det at: (2) Hvis den forventede fastheten er større enn den som er lagt til grunn ved dimensjonering av konstruksjonen, bør den høyeste verdien for f ctm benyttes ved berekning av minimumsarmering etter 7.3.2 og 9.2.1.1 og berekning av rissvidder etter 7.3.3 og 7.3.4. Dette betyr at den prosjekterande ikkje kan velge ein betong med låg fasthet i sine berekningar når bestandighetsklassen krev eit lågt masseforhold og dermed ei høg fasthet. 34
Fasthetsklassar For nøyaktig informasjon om fasthet for ulike bestandighetsklassar: Ring aktuell(e) blandeverk på staden Er dette ein riktig beskrivelse: B25, M40? Nei, bør vere B45, M40 for å sikre at det blir riktig minimumsarmering Er dette ein riktig beskrivelse: B45, M60? Ja, ingen konsekvens at bestandigheta blir betre enn nødvendig 35
Armeringsoverdekning Krav til minimumsoverdekning i NS-EN 1992-1-1, pkt 4.4.1.2 og pkt NA.4.4.1.2 er avhengig av: Bestandighet, heft, brann Eksponeringsklasse som har med korrosjon å gjere (XC, XS og XD) Levetid (50 og 100 år) Armeringstype Vanleg armeringsstål etter NS-EN 10080 og NS 3576 Spennstål Angrep på stål (XC, XS, XD), normative krav i NS-EN 1992-1-1 Angrep på betong (XF, XA, XSA), krav ikkje gitt (fotnote i tabell NA.4.4N i NS-EN 1992-1-1) 36
Armeringsoverdekning Tabell 6 Valg av minimumsoverdekning med hensyn til korrosjonsbeskyttelse (Tabell NA.4.4N i nasjonalt tillegg til NS-EN 1992-1-1) 37
Armeringsoverdekning Minimumsoverdekning gitt i NS-EN 1992-1-1 pkt NA.4.4.1.2 Tillatte avvik gitt i NS-EN 13670 pkt NA.10.6 Normalt +/- 10 mm, SVV ofte meir Nominell overdekning lik summen av minimumsoverdekning og tillatte avvik. Nominell overdekning og tillatte avvik skal stå på teikningane. Nominell overdekning er den plassering av stålet som den prosjekterande skal rekne med i dimensjoneringa Nominell overdekning er lik den stolhøgda som jernbindaren skal bruke Eigne reglar for monteringsjern 38
Tillatte avvik for armeringsjern 10 mm 10 mm 39
Armeringsoverdekning Nominell overdekning Skal stå i produksjonsunderlaget (på teikningar) NS-EN 13670 C n = C min + Δ (minus) NS-EN 1992-1-1 40
Armeringsoverdekning Eksempel 1 Forutsett ei dimensjonerande levetid på 50 år og bruk av vanleg armeringsstål, skal krav til minimumsoverdekning, nominell overdekning og stolhøgder finnast når det ikkje blir brukt monteringsjern. Svar: Eksponeringsklassane XC4 krev 25 mm minimumsoverdekning. XF3 medfører ingen krav. Kravet til minimumsoverdekning for konstruktiv armering er altså 25 mm. Nominell overdekning (lik stolhøgda som skal brukast) er 10 mm større, dvs 35 mm. (Dersom det hadde vore brukt monteringsjern, ville krav til nominell overdekning på monteringsjerna (og lik stolhøgda for monteringsjerna), vere 25 mm, men samtidig er tillatt minusavvik for monteringsjerna redusert til 5 mm. 41
Armeringsoverdekning Eksempel 2 Forutsett ei dimensjonerande levetid på 50 år og bruk av vanleg armeringsstål, skal krav til minimumsoverdekning, nominell overdekning og stolhøgder finnast når det blir brukt monteringsjern. Svar: Eksponeringsklassane XC4 og XD3 krev henholdsvis 25 mm og 40 mm minimumsoverdekning for den konstruktive armeringa. For eksponeringsklasse XF4 er det gitt ei informativ anbefaling på 40 mm. Kravet til minimumsoverdekning for konstruktiv armering er altså 40 mm. Dette er det same som nominell overdekning for monteringsjern og lik stolhøgde som skal brukast for monteringsjerna, men samtidig er tillatt minusavvik for monteringsjerna redusert til 5 mm. (Dersom det ikkje hadde vore brukt monteringsjern, ville krav til nominell overdekning, og dermed stolhøgder, for konstruktiv armering vore 40 + 10 = 50 mm.) 42
Kloridklassar Største kloridinnhold i betong (NS-EN 206 pkt 5.2.8, Tabell 15) 43
Kloridklassar NS-EN 1992-1-1, punkt 4.2 seier at reglane i NS-EN 206 for kloridar i fersk betong gjeld. Krava i Norge er gitt i nasjonalt tillegg til NS-EN 206, punkt NA.5.2.8, og nasjonalt tillegg til NS-EN 1992-1-1, punkt NA.4.4.1.2(5): For konstruksjonar utan armeringsstål eller anna innstøypt metall (med unntak av korrosjonsbeskytta løfteinnretningar) skal det brukast en kloridklasse lik eller bedre enn Cl 1.0. For sementlim, mørtel og betong som kjem i kontakt med spennstål, i armerte betongkonstruksjonar som blir framstilte med sulfatresistent sement og i betongkonstruksjonar i spesielt kloridrike miljø (sjøvatn, tinesalt m.m.) skal kloridklasse Cl 0.1 brukast. For andre armerte betongkonstruksjonar skal det brukast ein kloridklasse lik eller bedre enn Cl 0.2. (Her er det ikkje heilt samsvar mellom NS-EN 1992 og NS-EN 206 etter siste revisjon av NS-EN 206. Dette er riktig!) 44
Største nominelle kornstorleik To forhold skal tilfredsstillast D maks må ikkje vere for liten for at betongens mekaniske eigenskapar skal vere tilfredsstilt, spesielt skjærfasthet. Grovt tilslag er definert som tilslag med D 4 mm Ofte for lite til å tilfredsstille prosjekteringsreglane i NS-EN 1992-1-1 I NS-EN 1992-1-1 pkt NA.6.2.2(1) heiter det at D maks ikkje skal vere mindre enn 16 mm og det grove tilslaget (D > 4 mm) skal utgjere meir enn 50 % av samla tilslagsmengde D maks må ikkje vere for stor med tanke på utstøypinga D maks skal vere 5 mm mindre enn minste avstand mellom stenger eller mellom stenger og forskaling. Begge krav blir normalt tilfredsstilt med D maks i storleiksorden 22 mm 45
Vasstett betong vasstett konstruksjon NS-EN 206+NA Betong, pkt NA.5.5.3: Velgraderte tilslag, nok finstoff, masseforhold < 0,50 NS-EN 1992-1-1+NA Allmenne prosjekteringsreglar: Rissvidder: pkt 7.3 Tetthet: pkt NA.9.2.1.1, NA.9.6.2, NA.9.6.3 Minst dobbel minimumsarmering NS-EN 1992-3+NA Siloar og beholdarar: Rissvidder: pkt NA.7.3 Tykkelse avhengig av tetthetsklasse: pkt NA.9.11.1 NS-EN 13670+NA - Utførelse Ingen spesielle krav SINTEF Byggforsk-serien nr 520.055 (ganske ny) Prosjektering og støping av vanntette betongkonstruksjoner Prosjektering Materialar Utførelse 46
Spesielle krav til bestandighet av marine konstruksjonar NB-Publikasjon nr 31 Bestandighet av betongkonstruksjoner - Skadeårsaker 2 Miljøpåkjenning 3 Betongkvalitet 4 Nedbrytingsmekanismer Armeringskorrosjon Kjemisk nedbryting Fysisk påkjenning 5 Prosjektering og utførelse 47
Spesielle krav til bestandighet av marine konstruksjonar NB-Publikasjon nr 35 Bestandighet av betongkonstruksjoner i marint miljø Innhald: Sammendrag Anbefalinger for å oppnå økt sikkerhet og forlenget brukstid 1 Innledning 2 Målsetning 3 Levetid 4 Levetidsprosjektering 5 Bygging 6 Vedlikeholdsplanlegging Vedlegg A Levetidsberegninger Vedlegg B Krav i en del andre land og erfaringer fra eksisterende konstruksjoner 48
Spesielle krav til bestandighet av marine konstruksjonar Samandrag Generelt Det primære formålet med publikasjonen er å angi tiltak som kan brukast til å: redusere risikoen for initiering av armeringskorrosjon innanfor prosjektert levetid auke prosjektert levetid utover det norsk standard gir regler for Utgangspunktet er NS-EN 1992-1-1 og NS-EN 206, som definerer eksponeringsklassar, kombinert med bestandighetsklassar, samt krav til minimumsoverdekning og beregningsmessige rissvidder. I tillegg gir NS-EN 13670 krav til sjølve utførelsen slik at forutsetningane i NS-EN 1992-1-1 og NS-EN 1990 skal vere oppfylte. 49
Spesielle krav til bestandighet av marine konstruksjonar Hovedpunkt om anbefalingar publikasjonen Krav til aktørane Konstruktiv utforming og detaljering Betong og delmaterialar Armeringstypar Impregnering og belegg Armeringsoverdekning Katodisk forebygging og beskyttelse Kompetanse og kontroll av prosjekteringsarbeidet og utførelsen Produktdokumentasjon Dokumentasjon av bestandighetseigenskapar Vedlikehaldsplanlegging 50
T A K K Magne Maage E-post: magne.maage@gmail.com Tlf: 90544477 51