Alkalireaksjoner Årsak og skader og hvordan unngå dette Per Arne Dahl Seniorforsker SINTEF Byggforsk Oktober 2012 Byggforsk 1
Hva er alkalireaksjoner? En kjemisk - fysisk prosess, hvor visse silika(kvarts-)holdige bergarter (alkalireaktive bergarter) reagerer med tilgjengelige alkali-ioner (Na +, K + ) og hydroksid-ioner (OH - ) i betongens porevæske når betongen er tilstrekkelig fuktig (silika løses opp fra tilslaget ved høy ph) Reaksjonsproduktet (en alkaligel) sveller ved vannopptak volumøkning opprissing når strekkfastheten overskrides I Norge tar det som regel 15-20 år før skadene blir synlige i form av krakeleringsriss og evt. ekspansjoner Byggforsk 2
Byggforsk 3
Betingelser for at alkalireaksjon kan utvikle seg Alkalireaktivt tilslag Nødvendige parametre Alkalier Vann Byggforsk 4
Hva gjør en bergart alkalireaktiv? Det er kun mineralet kvarts (silika, SiO 2 ) som kan gi problemer De fleste norske bergartene inneholder kvarts, men hvordan denne opptrer er avgjørende En bergart kan bli reaktiv ved innhold av Finkornet kvarts (< 130 m) Deformert kvarts Byggforsk 5
Reaktiv siltstein (finkornet kvarts) Byggforsk 6
Reaktiv mylonitt (deformert kvarts) Byggforsk 7
Utbredelse av alkalireaktive bergarter i Sør-Norge Byggforsk 8
Sementen er hovedkilden til alkalier (Na, K) i betongen Alkaliinnhold i sementer på det norske markedet per oktober 2012 (omregnet til ekvivalent mengde Na 2 O); Norcem Industri, Brevik - Kjøpsvik < 1,3 % - 1,2 % Norcem Standard, B K < 1,1 % - 1,3 % Norcem Standard FA, B K < 1,3 % - 1,5 % Norcem Anlegg, B < 0,6 % Norcem Anlegg FA, B < 0,6 % Cemex Miljøsement 0,73 % Cemex Rapidsement 0,9 % Aalborg Hvitsement < 0,6 % Aalborg Rapidsement < 0,6 % Andre kilder er tilsetningsstoffer, silika, flygeaske Byggforsk 9
Hva kreves av fuktighet i betongen? I praksis vil kun betong som blir varig eksponert i tørt og oppvarmet miljø og har tykkelse mindre enn 0,5 meter over tid oppnå RF < 80 % Byggforsk 10
Landkar på bru Merk: rennende vann har stor betydning! Byggforsk 11
Eksempler på skader Mastefundament Byggforsk 12
Bru - søyle med krakeleringsriss Byggforsk 13
Bru - riss i toppen av søyle Byggforsk 14
Overbygning på bru Merk: omfattende krakeleringsriss! Byggforsk 15
Hvordan unngå alkalireaksjoner i nye konstruksjoner? Alkalireaksjoner kan unngås ved å: Bruke ikke-alkalireaktivt tilslag Begrense alkali-innholdet i betongen Benytte tilstrekkelige mengder pozzolaner (flygeaske, silikastøv) eller slagg I tillegg gjelder en generell regel om å ViseVannVekk Byggforsk 16
NS-EN 206-1 om motstand mot alkalireaksjon: "Delmaterialer og betongsammensetning skal tilfredsstille kravene i NB21" (normativ referanse til NS-EN 206-1) NB21; Norsk Betongforenings Publikasjon nr 21 "Bestandig betong med alkalireaktivt tilslag": gjelder for betong (også sprøytebetong og importerte elementer) som skal brukes i Norge. vurderes å gi sikring mot framtidige skader på konstruksjoner med tiltenkt levetid 25 til 100 år på tilsvarende måte som reglene i NS-EN 206-1 sikrer mot andre typer holdbarhetssvikt som armeringskorrosjon og frostskader. Henviser til NB32 for prøvingsmetoder og krav til laboratorier NB32 dekker tilslag (3 metoder), bindemiddel og betongresepter Byggforsk 17
Petrografisk analyse (med tynnslip) Skal utføres for alle enkelttilslag Bestemmer bergartssammensetning i tynnslip (polarisasjonsmikroskop) Beregner innholdet av risikobergarter ( alkalireaktive bergarter + tvilstilfeller ) og ikke-alkalireaktive bergarter Beregning av en Sammenligningsverdi (Sv) på grunnlag av alle de inntil 6 siste analysene Strengere krav til steintilslag enn sandtilslag Enkelttilslag dokumentert som ikke-alkalireaktive kan brukes i betong uavhengig av alkalimengde! Byggforsk 18
Mørtelprismemetoden Prismer på 4 x 4 x 16 cm Sterkt akselerert: 1 M NaOH-løsning, dvs ph = 14 Høy temperatur (80 C) Ekspansjon og vekt måles fram til 14 dager Riss og sprekker registreres Byggforsk 19
Betongprismemetoden Prismer på 10 x 10 x 45 cm Moderat akselerert metode Temperatur på 38 C Lagring ved høy fukt 100 % RF Lengdeendring og vekt registreres fram til 1 eller 2 år Sprekker og riss registreres Byggforsk 20
Bruksmulighet for Betongprismemetoden Prøving av enkelttilslag (sand eller stein) som er klassifisert som alkalireaktive etter petrografisk analyse og/eller Mørtelprismemetoden Metoden overprøver resultater fra både petrografisk analyse og Mørtelprismemetoden! Prøving av blandinger av sand og stein Prøving av bindemiddel eller betongresepter - funksjonsprøving Enkelttilslag eller blandinger dokumentert som ikke-alkalireaktive kan brukes i betong med alkalimengde opp til det nivå som ble benyttet i dokumentasjonsblandingene Byggforsk 21
Petrografisk analyse og mørtelprismemetode gir dokumentasjon for bruk av tilslag i betong uten begrensning på alkalinivå / bindemiddeltype. Betongprismemetoden gir (normalt) dokumentasjon for bruk av tilslag i betong med inntil 5 kg alkalier pr m3. Dokumentasjon av Sandtilslag og sandblandinger Steintilslag og steinblandinger Fine steinfraksjoner Blandinger av sand og stein hvor sanden eller steinen er alkalireaktiv Kritiske grenseverdier for laboratoriemetodene Petrografisk analyse 20,0 % Mørtelprismemetoden Betongprismemetoden 0,14 % 0,040 % 0,08 % 0,040 % 0,11 % Uaktuelt 20,0 % 0,11 % 0,050 % Betong 22
Funksjonsprøving - resultatvurdering Betong 23
Funksjonsprøving av bindemidler - ekspansjonskriterier Byggforsk 24
Alkaligrenser for sementer dokumentert med betongprismemetoden for produksjon av bestandig betong med alle typer/mengder av norske reaktive tilslag Portlandsement (CEM I): < 3,0 kg/m 3 Na 2 O-ekv. alkalier Norcem Standard FA: < 6,5 / 7,0 kg/m 3 Na 2 O-ekv. alkalier Norcem Anlegg FA: < 5,5 kg/m3 Na2O-ekv. alkalier Embra Miljøsement: < 4,0 kg/m 3 Na 2 O-ekv. alkalier For detaljert, ajourført info, se Vedlegg C til NB21 på Norsk Betongforening sine hjemmesider Byggforsk 25
Ansvar, samsvarserklæring Betongprodusenten har ansvar for å påse og dokumentere at betongens delmaterialer og sammensetning oppfyller kravene til ikke reaktiv betong merke følgeseddel med Alkalireaktiv ved leveranse av betong med reaktiv sammensetning at resepter for betong for allmenn bruk har en ikke alkalireaktiv sammensetning Byggforsk 26
Takk for oppmerksomheten! SINTEF Betong Byggforsk