Alkaliereaksjoner, fenomen, tilstand og lastvirkning. Christine E. R. Skogli, SVV Tunnel og betong. Hans Stemland, SINTEF. 16.11.2015
Etatsprogrammet Varige konstruksjoner Alkalireaksjoner i betong Varige konstruksjoner Synnøve A. Myren (Bård Pedersen) Implementering Synnøve A. Myren Tilstandsutvikling bruer Tilstandsutvikling tunneler Fremtidens bruer Fremtidens tunneler Bård Pedersen Alf Kveen Sølvi Austnes Harald Buvik TB1: Tilstandsutvikling nyere bruer TB2: Alkalireaksjoner i betong (Eva Rodum) TB3: Overflatebehandling betong TB4: Overflatebehandling stål TB5: Riss og korrosjon TB6: Asfaltfuger 16.11.2015
Innhold Alkalireaksjoner Dannelse Konsekvenser Case: Elgeseter bru Skadesituasjon Lastmodeller Lastvirkninger Kapasitet 16.11.2015
Alkalireaksjoner Skademekanisme for betongkonstruksjoner Alkalireaktive bergarter i tilslaget reagerer med alkalier i sementpastaen, der hvor fuktnivået er høyt nok. Under reaksjonen dannes en alkaligel, som er vannsugende og sveller ved vannopptak. Svellingen av gelen fører til ekspansjon og opprissing Foto: Jan Lindgård, SINTEF 16.11.2015
Alkalireaksjoner Generelle betingelser Bergarter med innhold av finkornet eller deformert kvarts I hovedsak fra sementen I praksis all utendørs betong (men økende med økende vannpåkjenning) 16.11.2015
Alkalireaksjoner Indre struktur Trykk i betongen, strekk i armeringen. Leeching og periodevis uttørking kan gi mindre reaksjon i overflaten. Gir riss i overflaten, videre vannopptak i rissene fører til store sprekker. 16.11.2015
Alkalireaksjoner Indre struktur, opprissing Overflateparrallelle riss i betongen kan føre til delaminering Eksempel - planslip av kjerneprøve fra bruplata i Elgeseter bru. 16.11.2015 Planslip, foto: SINTEF
Alkalireaksjoner Mekaniske egenskaper Tabell hentet fra «Institution of Structural Engineers», 1992: Nedre grenseverdier i % i forhold til upåvirket betong ved 28 døgns alder. EKSPANSJON EGENSKAP 0,5 (mm/m) 1,0 (mm/m) 2,5 (mm/m) 5,0 (mm/m) 10,0 (mm/m) TRYKKFASTHET TERNING 100 85 80 75 70 STREKKFASTHET 85 75 55 40 - E-MODUL 100 70 50 35 30 16.11.2015
Case Elgeseter bru Bygd 1949-51. Betongbjelkebru, med totalt 9 spenn. Lengde 200 meter, med 8 søylerader. Bruplata har fire bjelker i lengderetning (firedobbel T). 16.11.2015
Elgeseter Bru Skadesituasjon Alkalireaksjoner dokumentert på 1990-tallet. Forskyvning av brudekket, opp til 200 mm (1 ), mot byen. Søyler rettet opp ved de to siste søyleradene i 2003. Foto: Eva Rodum 16.11.2015
Elgeseter bru Søyler, skadeomfang og tiltak Alkalireaksjon har gitt store riss. Målinger tyder på 2-3 ekspansjon i ringretningen. Tiltak: Overflatebehandling Karbonforsterkning 16.11.2015
Elgeseter bru Bjelker, skadeomfang og tiltak Store riss ved nullmomentpunkt i noen felt i innerbjelkene. Lokalt lite armering. Karbonfiberforsterkning 2013 og 2014 Foto: Aas-Jakobsen 16.11.2015
Elgeseter bru Brudekket Reparasjon av ødelagt betong i platedekket i det siste feltet, mot byen. Ny fuktisolering og asfalt 2014-15 16.11.2015
Forenklet tverrsnitt av halve brua Teknologi for et bedre samfunn 14
Ekspansjonsalternativer 1 Hele tverrsnittet utvider seg likt: Teknologi for et bedre samfunn 15
Ekspansjonsalternativer forts. 2 Tilleggs utvidelse i plata: Teknologi for et bedre samfunn 16
Ekspansjonsalternativer forts. 3 Tilleggs utvidelse i ytterbjelkene: Teknologi for et bedre samfunn 17
Ekspansjon av armert prisme med sentrisk armering Teknologi for et bedre samfunn 18
Lastvirkning fra ekspansjon av bjelke med armering i u.k. Teknologi for et bedre samfunn 19
Muligheter for å etablere trykkspenninger ved fastholding Teknologi for et bedre samfunn 20
Kraftvirkning fra ekspansjon i plata Teknologi for et bedre samfunn 21
Innføringskrefter mellom plate og bjelke Skjær Trykk Strekk Moment fra evt innspenning: θ κ Teknologi for et bedre samfunn 22
Resulterende last og tøyningsvirkning fra ekspansjon av hele tverrsnittet og platen ε plate = + 0,85 o/oo Teknologi for et bedre samfunn 23
Målt ekspansjon ved fuga mot byen Teknologi for et bedre samfunn 24
Ekspansjon av ytterbjelker elastisk analyse Teknologi for et bedre samfunn 25
Lastvirkning i enden av brua for tilleggs utvidelse av ytterbjelkene Gir "eksternt" strekk i innerbjelkene Teknologi for et bedre samfunn 26
Momentkapasitet i midtsnitt i felt med riss Mg + Mq fra elastisk analyse 4700 knm Antatt innspenningsmoment fra alkalireaksjoner: 1500 x 1.1 = 1650 knm M γ 6350 knm Antar strekkforlengelse fra mer ekspansjon i ytterbjelkene på 0,25 o/oo Resulterende momentkapasitet; M d 5550 knm < M γ Betydelig momentreserve ved støttene Må se litt nærmere på de ytre lastvirkningene Momentkapasitet sannsynligvis ok Alkalireaksjoner påvirker derfor først og fremst når snittet kommer i flytning Teknologi for et bedre samfunn 27
Forklaring på de store sprekkene Δ Armeringen flyter? Ledd w = 2 6 mm Teknologi for et bedre samfunn 28
Skjærkapasitet ved de store rissene Vc 0 Vb 280 kn Vskråjern 1100 kn (7 jern) Vd 1300 kn Ca 1000 Vγ = 1330 kn, uten ledd Vγ = 1420 kn, med ledd Teknologi for et bedre samfunn 29
Oppsummering Det skal skrives en veiledning til hvordan effekten av alkalireaksjoner kan beregnes Hver bru må vurderes spesielt Sannsynligvis nødvendig med flere befaringer Skadebildet må kartlegges i detalj Ekspansjon forsøkes kvantifisert Viktig å forstå tilstanden til brua før det evt. settes inn tiltak Teknologi for et bedre samfunn 30