Notat Tilstandsbefaring Nordlysbadet SINTEF Byggforsk Postadresse: Postboks 4760 Sluppen 7465 Trondheim Sentralbord: 73593000 Telefaks: 73598285 byggforsk@sintef.no http://www.sintef.no/byggforsk/ Foretaksregister: NO 948007029 MVA Vurdering av løse bunnfliser i bassengene SAKSBEHANDLER / FORFATTER Hans Stemland Arne Nesje BEHANDLING UTTALELSE ORIENTERING ETTER AVTALE GÅR TIL Johan Fredrik Nilsen X DATO 2015-04-16 GRADERING Fortrolig 1 Historikk. Nordlysbadet i Alta har vært i drift i snart 5 år og eierne og driftsansvarlige foretar årlige befaringer for å kontrollere om det har dukket opp uavklarte forhold innenfor reklamasjonsperioden. På slutten av året var noen av bassengene tappet ned for å gjøre noen vedlikeholdsarbeider. I forbindelse med opptappingen i romjula 2014 ble det i gjennomstrømningskanalen registrert et parti med løse fliser. Siden SINTEF allerede var engasjert i forbindelse med sprukne fliser så ønsker Nordlysbadet også bistand i forbindelse med årsak og tiltak med løse fliser i bassengbunnene. 2 Faktainnhenting Driftsleder Johnny Mikkelsen har undersøkt alle bunnpartiene. Tabell 1 viser hva vi registrerte under befaringen. Treningsbassenget Dette notatet inneholder prosjektinformasjon og foreløpige resultater som underlag for endelig prosjektrapport. SINTEF hefter ikke for innholdet, og tar forbehold mot gjengivelse. 1 av 10
Bilde 1: I konkurransebassenget er de løse flisene knyttet til ett område i bassengets grunneste del. Bilde 2: Området hadde løftet seg ca 15 mm langs en elastisk fuge. Kuvingen skjer på tvert av bassengets lengderetning. Bilde 3: Der flislaget kommer opp vil vannet begynne å sirkulere i hulrommet. Bilde 4: Bilder som trolig er tatt i slutten av mars somviser limoverflaten 2 av 10
Bilde 5: Bildene tyder på at limet har vært tært bort langs der hvor fugene er. Strømningskanalen Bilde 6: Parti med løse fliser i strømningskanalen Bilde 7: Iflg Nordlysbadet sitter flisene godt på siden av feltet hvor de er fjernet men limet er delvis i oppløsning der hvor flise er fjernet. Merknad til tabellen: Alle bilder er tatt av personalet ved Nordlysbadet, SINTEF har ikke med selvsyn sett skadeområdene. 3 Årsaksvurdering 3.1 Bassengkonstruksjonen Flis er i utgangspunktet ansett for å være et dødt materiale, mens betong endrer form / lengde med tiden pga uttørking og evt oppfukting til/fra omgivelsene. Denne egenskapen til betong varierer med betongkvaliteten og fuktigheten til omgivelsene. Begge materialene (både flis og betong) vil imidlertid deformere seg pga lastvirkning og temperaturforskjeller. 3 av 10
Flisen er limt til betongen og det gjør at det blir spenninger i begge materialene når det ene materialet forsøker å deformerer seg i forhold til det andre. For å illustrere dette, er en situasjon for svinn i betongen vist på fig 1. Når de to materialene begynner å bevege seg i forhold til hverandre vil det oppstå skjærspenninger i kontaktflaten mellom materialene som gjør at flisen kommer i trykk og betongen rett under flisen i strekk. Størrelsen på spenningene avhenger bl.a. av tykkelsen til betongen og E-modulen til materialene. Dess tykkere betongen er dess mer vil den være i stand til å trekke flisen med seg og dess større trykk vil det bli i flisen hvis (så lenge) den klarer å sitte fast til betongen. Det er størrelsen på heft- eller skjærfastheten mellom flislimet og betongen (eller mellom flislimet og flisa) og glidningen mellom flisa og betongen ved kanten av flisa som er avgjørende for om flisa sitter fast. Som oftest er det sjiktet mellom limet og betongen som er det svakeste. Heftfasthet er i utgangspunktet noe som har med strekkfastheten til betongen og limet å gjøre, og den påvirkes sterkt av fuktforholdene i overflaten når limet påføres. Kravet til heftfasthet (avtrekk) for sementbaserte lim med forbedrede heftegenskaper (for bruk bl.a. i basseng) er σ n eller τ > 1,0 MPa (dvs > 100 tonn pr m 2 ). Samvirket mellom flisen og betongen bygger seg opp vha skjærspenninger over et område fra en fri kant eller en fuge som går et stykke innover på flisen. Hvis heftspenningen antas å være konstant, vil innføringslengden øke med økende svinn og lastvirkning. Det er bare i innføringsområdet at det er heftspenninger, videre innover er det ingen bevegelse mellom flis og betong. Det er også en forskjell på om det er trykk eller strekk i flisen. Hvis det er trykk (som det blir fra svinn i betongen og lastvirkning som gir trykk i betongen, vil det meste av dette trykket kunne overføres fra flis til flis direkte over fugen (med bare små endringer). Hvis det derimot er strekk (fra lastvirkning som gir strekk i flisen), må spenningen i flisen bygge seg opp fra null ved hver fuge i strekkretningen. Et trykkområde kan derfor i teorien fungere som et felt av flere fliser (som beveger seg sammen), mens et strekkområde er å betrakte som mange enkeltfliser. Innenfor et trykkområde er det imidlertid bare de ytterste flisene (der hvor samvirket etableres, vanligvis bare en del av en flis) som forskyver seg i forhold til underlaget. Resten sitter fast til betongen uten noen relativ bevegelse før feltet evt løsner. Ut fra en slik betraktning er det derfor lite å oppnå ved å legge inn elastiske fuger i et bestemt rutenett bare i flislaget. For at en slik fuge skal virke, må hele feltet først bli løst. Størrelsen på forskyvningen mellom flisen og betongen ved kanten av flisen (enten ved en fri kant av gulvet eller ved en elastisk fuge) er et kriterium på om flislaget kan forventes å sitte fast eller ikke. Det finnes ikke så mye dokumentasjon på hvor stor denne forskyvningen kan forventes å bli før flisen løsner, men noen forsøk her ved SINTEF Byggforsk / NTNU tyder på at det bare "tåles" 0,02 0,05 mm - kanskje opp mot 0,1 mm ved langtidslast før flisen begynner å løsne og forankringssonen begynner å "rakne" innover (det blir bom). Flisen løsner da fra kanten og innover helt til en kommer så nær midten at forskyvningen blir så liten at den fortsatt sitter fast. Forskyvningen ved kanten øker ved dårligere heft- /skjærfasthet. En enkel beregning for en 7 mm tykk flis på et 300 mm tykt dekke som svinner 0,5 o/oo gir en glidning ved kanten av flisa på ca 0,03 mm som kan være "på kanten" av det som kan "tåles" før flisa løsner (forutsatt E flis = 50000 MPa, E betong = 15000 MPa og τ heft = 1,0 MPa). Det er ikke forventet et så stort svinn i denne betongen. Hvis det antas at summen av autogent- (selvuttørking) og uttørkingssvinn etter lang tid (20-30 år) er rundt 0,4 o/oo (0,4 mm pr meter) og at det fordeler seg med ca halvparten på hver del, så er det lite sannsynlig at det blir et drivende svinn etter at flisen er limt som er noe mer enn ca 0,1 o/oo i dette miljøet. Glidningen blir da bare ca 1/5-del av det som er beregnet ovenfor for de samme betingelsene. I tillegg til svinn vil også lastvirkning fra positivt moment gi trykk i flisa, men momentene bygger seg vanligvis opp over en så stor lengde at de spenningsendringene som skal inn i hver flis blir forholdsvis 4 av 10
små. Det er derfor ikke forventet at trykkvirkning i flisa fra svinn og ytre laster (egenvekt av betongen og vanntrykk) er noe problem i forhold til å få flisa til å sitte på hvis heften er god nok (som forutsatt). Situasjonen blir imidlertid en annen hvis det er lagt inn en elastisk fuge i trykkfeltet. En slik fuge kan ikke overføre trykkspenninger og samvirket mellom flisen og betongen må derfor bygges opp fra fugen i sin helhet. Noe som lett kan bli kritisk for flisen hvis tøyningen i betongen er for stor. Hvis vi da gjør noen enkle overslag og sier at flisen har en E-modul på 50 000 MPa, så må det da "mates" inn en trykkspenning på 15 MPa ved heft for at det skal være samvirke mellom flis og betong ved en tøyning på 0,30 o/oo (forutsetter at betongen har sprukket opp på strekksiden). Hvis heftspenningen er 1,0 MPa (forutsatt konstant over hele lengden), trengs det da en innføringslengde som er 15 ganger tykkelsen til flisen for å få "bygd opp" denne trykkspenningen i flisen. Hvis flisen er 7 mm tykk, blir dette 105 mm (7x15) som antakelig er litt mindre enn bredden og ca halve lengden til flisen. Men for å kunne vurdere om dette vil kunne gå bra, må en også se på hvilken glidning det vil gi mellom flisen og betongen ved kanten av flisen (ved fugen i vårt tilfelle). Ved konstant heftspenning blir denne (0,30/1000) x 105 / 2 = 0,016 mm, som sannsynligvis er så lite at flisen ikke vil begynne å "rakne" gi heftbrudd. Hvis derimot heften til limet bare er 0,5 MPa, vil forskyvningen ved kanten øke til det dobbelte og hvis også trykktøyningen ved samvirke er høyere til enda mer. Det er derfor fult mulig at flisen vil begynne å løsne ved en slik fuge. Hvis en derimot forutsetter at bunnen ikke har fått riss og er i Stadium I og at betongen har en tøyning på 0,15 o/oo i toppen, så vil en heftspenning på 0,5 MPa også gi en forankringslengde på 105 mm, men bare en forskyvning ved kanten til flisen på 0,008 mm. Denne tilstanden har derfor store sjanser for å lykkes også ved en elastisk fuge. Men hvis heftspenningen er enda dårligere, kan det også gå galt i dette tilfellet. Ut fra det vi har vært i stand til å vurdere vet vi ikke helt hvordan bunnen bærer i det området hvor flisen har løsnet. I dette området er bunnplaten dobbeltarmert på tvers og enkeltarmert med bare armering i underkant i lengderetningen (baneretningen) til bassenget. Underkantarmeringen i begge retninger er generelt Ø16 mm c/c 150 mm. Overkantarmeringen på tvers er generelt Ø16 mm c/c 100 mm. Det er mange vegger under bassenget og det er litt uklart hvilke av disse veggene bassengbunnen ligger an mot. Det at det bare er overkantarmering på tvers tyder på at bunnen primært er tenkt å bære i den retningen. Det betyr antakelig at den ikke ligger an mot veggen i akse A3 og veggen midt mellom akse A3 og A4. Men for å få mer klarhet i dette, må vi snakke med de som har prosjektert bassenget. Både tykkelse (350 mm) og armeringsmengder for bunnen virker fornuftige uten at vi har gått noe mer detaljert inn på det så langt. Hvis bunnen antas å bære på tvers, er den antakelig også i stand til å ta lasten fra egenvekt og vanntrykk uten å sprekke opp i dette området siden det er forholdsvis liten avstand mellom støtteveggene på tvers (ca 5,0 m). Vi vet imidlertid ikke helt hvor det løse feltet er i forhold til støtteveggene. Men hvis vi antar at det er noenlunde midt i feltet, så er antakelig ikke momentet noe mer enn ca 30 knm/m der. Dette er sannsynligvis også en god del mindre enn rissmomentet (ca 40 %) slik at også tøyningene i betongen rett under flisen i denne retningen kan forventes å være ganske små. Ved også å ta hensyn til kryp, er det antakelig derfor bare snakk om tøyninger av størrelsesorden 0,1-0,2 o/oo (0,1 til 0,2 mm pr meter) i betongen på tvers av bassenget rett under flisa i dette området. Normalt skal derfor dette ikke være noe problem hvis flisa er godt limt. Det er heller ikke elastiske fuger tvers på denne retningen. Det er det derimot tvers på lengderetningen, og det kan derfor være lastvirkningen i den retningen ved denne elastiske fugen som er årsaken til at flisen har løsnet i dette området. Sannsynligvis betinger imidlertid også det at heften til flisa er svært dårlig (se neste punkt). Men for å kunne vurdere dette nærmere, må vi vite litt mer eksakt om hvordan bunnen ligger an mot støtteveggene i dette området. 5 av 10
Hvis heften til flisa er svært dårlig, kan den også ha løsnet pga lastvirkningen på tvers og at det da bare er tilfeldig at det skjer ved den elastiske fugen. Det at flisen kommer opp når den først løsner er bare en konsekvens av at den blir avlastet (spenningsfri) og kantstiller seg. I dette tilfellet er det så langt bare funnet løse fliser i det aktuelle området. Flisen har også stort sett løsnet i sjiktet mellom flis og lim og ikke mellom lim og betong. Det siste spiller for så vidt ingen rolle i forhold til det som er diskutert ovenfor, fordi flisen vil løsne i det svakeste sjiktet, men det mest vanlige er at den løsner mellom lim og betong fordi det der er minst ruhet. Det at limet her fortsatt sitter mot betongen å være en indikasjon på at vannet har begynt å vaske ut kalsiumen i limsjiktet. Da vil vedheften reduseres. Ser vi på bilde 5 har vi idag ikke god limdekning, spesielt utvasket er rett under fugene. Dette er ikke uvanlig å se i bassenger med aggressivt vann der fugene har vært løse eller forsvunnet. Vi kan heller ikke utelukke at i dette lokale området har vært noe med utførelsen (utblandingen av limet (mye vann), limet har stått for lenge i dunken før applisering) som har forårsaket et område med noe svekket limkvalitet som i kombinasjon med spenninger fra underlaget har gjort at partiet har løsnet. Dette er i etterkant vanskelig å vurdere. Spenningsbelastningen fra betongen er ut fra beregningene ganske liten i det aktuelle området. Men kombinasjon med redusert vedheft i å lime har forårsaket løse fliser. Redusert vedheft er en kombinasjon av limtype, vannet egenskapene samt mulig upresis blanding eller utførelse. 3.1.1 Tiltak: Utbedring med epoxy Da problemet er i et begrenset område vil vi tilrå en lokal reparasjon, uten nedtapping av anlegget. Vi anbefaler det prøves med spesiell epoxymasse (Mapepoxy UV- S eller tilsvarende). Utførelsen må gjøre av en ekspert på bruk av slike masser i bassenger 3.2 Strømningskanal Det er også avdekket et område med løse fliser i bunnen av strømningskanalen. Vi har ikke funnet noe spesielt på betongkonstruksjonen og tegningene som tilsier at det er en spesiell grunn til at flisen har løsnet i dette området, annet enn at det er vist en stipling med to streker på tvers som vi ikke vet hva betyr. Bunnplaten er imidlertid angitt til å være 300 mm hele veien. Det er derfor mest sannsynlig at de løse flisene også i dette tilfellet skyldes lokale forhold. Vi har fått en informasjon om at dette partiet var blitt sparklet opp med en egen masse, noe som kan ha skapt spenninger. Raskt strømmene vann er andre basseng kan bi løse fliser 3.2.1 Tiltak: Da problemet er i et begrenset område vil vi tilrå en lokal reparasjon, uten nedtapping av anlegget. Vi anbefaler det prøves med spesiell epoxymasse (Mapepoxy UV- S eller tilsvarende). Utførelsen må gjøre av en ekspert på bruk av slike masser i bassenger Samtidig må fugene undersøkes for bortsmuldring da vannstrømmen tære på fugene. De skal beskytte limet mot utvasking. Er det brukt sement eller epoxyfuger? Forsvinner fugene her går også limet i oppløsning og man kan få mer vedlikehold. 4 Vannets kjemi og bestandighet av sementbaserte lim og fugeprodukter. På bildene tatt under vann (bilde 6 og 8) kan det se ut som der skjer en tæring av limet inn fra der fugen har vært. Slike observasjoner gjør at vi ofte undersøker om den innregulerte vannkvaliteten er optimal både for de badene, men også for bestandighet av materialene. Se mer info her Drikkevannet i Alta Kommune og bassengvannet ble derfor tatt prøve av og analysert. Bassengvannet tilsettes diverse kjemikalier bl.a. (kalsiumhypokloritt, natriumkarbonat og CO 2 ) for at det skal innfri de norske svømmebassengforskriftene. Driftspersonalet har ført daglig loggbok over vannkvaliteten i bassenget som viser ph, fritt og bundet klor, samt temperatur i vannet. 6 av 10
Ut fra dette har vi beregnet drikkevannets LSI-index for råvann samt kjemikaliebehandlet vann i hovedbassenget og høgtemperaturbassenget. LSI- indeksen beregnes ut fra vannets hardhet, alkalitet, ph og temperatur. Tabell 2: Beregnet LSI- index Vannkilde LSI-indeks Vurdering Råvann -0,58 Moderat aggressivt Aktivitetsbasseng -0,01 Lite aggressivt Hovedbasseng -0,34 Moderat aggressivt Tabell 3 viser hvilke fargekoder og kriterier (LSI-verdi) som benyttes for å angi aggressivitet overfor sement Svært aggressivt LSI < -1.00 Moderat aggressivt -1.00 < LSI < -0,15 Lite aggressivt -0,15 < LSI < 0 I likevekt LSI = 0 Lite utfelling 0 < LSI < 0,15 Moderat utfelling 0,15 < LSI < 1.00 For at vannet ikke skal være aggressivt bør fargekodene være: Vannet er aggressivt når fargekodene er: Man risikerer beleggdannelse i basseng og på utstyr når fargekoden er: LSI diagram for ph = Tabell 4 LSI- diagram for ph= 7,6 ( Mer forklaring finnes i BKF informerer) Vurdering Målet er at man skal bruke mest mulig nøytralt vann og unngå vann som er svært aggressivt i bassenger der hvor man benytter sementbaserte produkter. Svært aggressivt er definert som en LSI under -1 i tabell 3. 7 av 10
Beregnede verdier i tabell 2 viser at vannet i høgtemperaturbassenget er nesten i likevekt mens hovedbassenget beregnes i moderat aggressivt (orange farge i tabellen). Materialteknisk sett hadde det vært gunstig med en LSI verdi nærmere 0 også i hovedbassenget. Men her er det flere hensyn som skal tas, bl.a. mengden kjemikaliebruk. Vannet er alt innregulert til en ph på 7,6 noe som er gunstig for sement og noe mindre gunstig for de badende. Vi finner ikke at vannkvaliteten har hatt noe stor innvirkning på de skadeprosessene som har skjedd. Men der lim blir liggende ubeskyttet med rennende vann vil nok man se at sementprodukter langsomt tæres bort i vann med LSI- index i område moderat aggressivt. Vi må forvente at de sementbaserte fugene vil tæres noe hurtigere i hovedbassenget enn i høgtemperaturbassenget. 5 Konklusjon Vi mener at partier med løse fliser skyldes flere forhold: Statikken og prosjekteringen av betongkonstruksjonene er undersøkt. Skademønsteret (bilde 2 og 3) tyder på noe bevegelse siden flisene kommer opp i spenn, men det er komplekst å vurdere hvor store disse bevegelsene kan ha vært. Limet virket porøst og oppløst i partier. Det ble derfor gjort en LSI- analyse av både råvann og kjemikaliebehandlet vann fra hovedbasseng og høgtemperaturbasseng. Vannet i hovedbassenget er mer aggresivt overfor sementbaserte produkter enn vannet i høgtemperaturbassenget. Men vannet er likevel ikke i "kritisk" sone og det er liten årsakssammenheng mellom skadeforløp og vannkvaliteten. Moderne limtyper i klorvann med høg temperatur endrer sin konsistens og blir myke. Vi har stilt spørsmål om den valgte type lettlim (PCI Nanolight) med mye plasttilsetninger er optimale i bassenger. Leverandøren mener at ved korrekt blanding og bruk er det et egnet limvalg. Men de stiller ofte en forutsetning om vann må innreguleres med en LSI- verdi i "nøytral området", noe som blir et tolkningsspørsmål. Utførelsesfeil ved blanding av lim? Utmåling av riktig vannmengde er viktig. Tidvis opplever vi noe svekkelse av egenskaper til limet grunnet overdosering av vann. Vi vet ikke om det er tilfelle her, men mer vann gir en porøsere lim som også vil være mer utsatt for kjemisk nedbrytning. Dette er i etterkant vanskelig å vurdere. 8 av 10
Vedlegg A: Detalj 9 av 10
10 av 10