ASR‐problematik
Mariusz Kalinowski
CBI Betonginstitutet, Hållbara Byggnadsverk Tunnslip, UV ljus. Området i bilder är 7 mm brett
Skador orsakade av ASR
SS 137003:2008, Alkalireaktivitet:
Ballast till betong som skall användas i fuktiga miljöer får inte innehålla alkalireaktiva mineral i sådan mängd att betongens bärförmåga, stadga eller beständighet äventyras.
Om
‐ miljön är kloridhaltig, eller
‐ betongens totala halt vattenlösliga alkali är större än 3,0 kg/m3
Kompletteras analys enligt SS‐EN 932‐3 med en kvantitativ petrografisk analys som omfattar en bedömning av ballastens alkalireaktivitet.
RILEM AAR1 ‐ Ballast som innehåller mindre än 15 % alkalireaktiva eller potentiellt alkalireaktiva partiklar betraktas normalt som lågreaktiv.
RILEM AAR2 och RILEM AAR3 ‐ Rekommenderade maxvärde för expansion.
Åtgärder för att undvika ASR enligt SS‐EN 12620 (2008):
‐ Begränsa den totala alkalihalten hos betongblandningen
‐ Använda ett cement med en låg effektiv alkalihalt
‐ Använda en icke‐reaktiv ballastkombination
‐ Begränsa vattenmättnadsgraden hos betongen
Alkalisilikareaktion (ASR)
Na+
OH-
K+
Ca2+
H2O
Relativa fuktighetens inverkan på ASR‐svällning
RF‐sänkande åtgärder bör ge effekt
Bergartens textur påverkar alkalireaktiviteten Tunnslip, polariserat ljus, Området i bilder är 4 mm brett.
Ballastens alkalireaktivitet
Bergartens kvartshalt och textur
Löslighet hos kvarts beror på många faktorer: kornstorlek, korngränsgeometri, deformation av kristallgitter, förekomst av tvillingbildning och föroreningar i kristallstrukturen, amorf SiO2 ?
Även övriga mineral i ballasten kan påverka ASR, t ex fältspat/läckage av alkalier, lermineral/löslig aluminiumhydroxid.
Bedömning av ballastens alkalireaktivitet
1. Kvantitativ petrografisk analys
‐ RILEM AAR 1: tunnslipsanalys med polarisationsmikroskop
2. Ballastens expansionspotential
‐ RILEM AAR 2 (ASTM C 1260): 4 veckor, 1 M NaOH‐lösning, 80oC
‐ RILEM AAR 3: 52 veckor,1,25 % Na2Oekv., 38oC
‐ CBI‐metod nr 1/NT Build, Alkalisilikareaktivitet i betong (1992): minst 20 veckor, Slite Byggcem., mättad NaCl‐lösning, 50oC
Huvudtyper av alkalireaktiv ballast
Fri expansion
Snabbt alkalireaktiv ballast
Långsamt alkalireaktiv ballast
Tid
Fri expansion
Reaktionshastighet
Bergart A
Bergart B
0,7 mm/m ‐ sprickor
(Lagerblad, Trägårdh, 1992)
Bergart C
Initieringstid
Tid
Nyanserad ASR
1. Prognos för utveckling av ASR i betongen på sikt, med hänsyn till expansionens storlek, synergieffekter, exponeringsmiljö, konstruktionstyp.
2. Konsekvens för konstruktionen – beständighet, bärighet, vattentäthet, volymstabilitet
3. Lämpliga åtgärder
Kombinerade skademekanismer
1. ASR + armeringskorrosion (kritiska sprickbredder: 0,2‐0,4 mm)
2. ASR + frost (komplicerat)
3. ASR + tvångspänningar (komplext)
Alkalisilikagel
‐ Expansion upp till 80 %
‐ Svällningstryck upp till 11 MPa
Is
‐ Expansion 10 %
‐ Svällningstryck 200 MPa
(Diamond, S., 1983) (Diamond, S., 1983) Kraftigt skadad betong – ofta både frostangrepp och ASR
ASR
Frost
Frostverkan
1. Frostangrepp på cementpasta – vattenmättnad av kapillärporer, volym luftporer, avståndsfaktor. Begränsas av hög ursprunglig kvalitet hos betongen, lågt vct, hög lufthalt/luftporbildande tillsatsmedel, lågalkaliskt cement.
2. Frysning av vatten i sprickor/frostsprängning – sprickbredd. Även betong med hög ursprungskavalitet drabbas!
BHB, Material:
2 % luft – sprickbredd upp till 0,1 mm
5 % luft – sprickbredd upp till 0,5 mm
OBS! Gäller endast vid frånvaro av ASR
Synergieffekter för ASR + Frost
‐ ASR orsakar sprickor som underlättar för vatten att tränga in i betongen ‐ Frostsprängning i vattenfyllda sprickor med mindre bredd
‐ Nedsatt frostbeständighet pga gelbildning/minskad porositet
Jan Trägårdh, Björn Lagerblad. Influence of ASR cracking
on the frost resistance of concrete. CBI rapport 1:96.
Lufthalt 4,7 % och vct 0,40 – kritisk vattenmättnadsgrad 60‐80%, dålig frostbeständighet oberoende av sprickbredder.
Lufthalt 7,5 % och vct 0,55 – kritisk vattenmättnadsgrad 92‐95%, dålig frostbeständighet vid sprickbredder >0,3 mm.
‐ Densifiering (förtätning) av cementpastan.
‐ Expansion vid lägre vattenmättnadsgrad i ASR‐sprucken betong.
‐ Gel fyller luftporer – inaktiverar luftporernas buffertförmåga.
ASRs inverkan på betongens hållfasthet
CONTECVET : a validated manual for assessing the residual service life of concrete structures : manual for assessing concrete structures affected by ASR. 2001, 3 vol. EC Innovation Programme IN309021. BCA, GEOCISA, CBI mf
Exempel: fri expansion 2,5 mm/m – 80 % av tryckhållfasthet
– 55 % draghållhasthet
Bedömning av konsekvensen för konstruktionen (“consequence of failure”), med hänsyn tagen till tre olika klasser av armering.
Konsekvens för betongen/konstruktionen Beror på: typ av konstruktion, funktion, miljö (tösalter, fuktgradienter), angreppets läge, utformning av armering mm
Konsekvens för betongen/konstruktionen Kan bestå av:
‐ Försämrad beständighet – frostangrepp, kritiska sprickbredder för frostsprängning, inträngning av skadliga ämnen, armeringskorrosion
‐ Försämrad bärighet ‐ sämre vidhäftning mellan betong och armering,
delaminering av täckskikt
‐ Betongens draghållfasthet påverkas starkt av ASR – sämre hållfasthet vid skjuv‐ och spjälkspänningar, försvagning av förankringar
‐ Immobila rörelsefogar
‐ Vattentäthet – (Obs! kritiska sprickbredder: 0,1‐0,2 mm)
ASR ?
‐ Risk för snabb nedbrytning av betongen pga
kombination av skademekanismer
‐ Behov av bromsande åtgärder
‐ Behov av övervakning av konstruktionen
‐ Val av reparationsmetod
Bedömningar av skaderisker och prognostisering av framtida skador på konstruktioner Jan Trägårdh och Mariusz Kalinowski, CBI Betonginstitutet
Prognos: beständighetssänkande sprickbildning, försämring av tryckhållfasthet, draghållfasthet och elasticitetsmodul.
Begränsningar: Inga bedömningar av konstruktionens bärförmåga eller den inspända betongens expansion. RF i betongen antas vara konstant över 80 %.
Bedömningar av skaderisker och prognostisering av framtida skador på konstruktioner
Metoden innehåller:
1. Strukturanalys av betongen i tunnslip med avseende på ASR.
2. Kvantitativ petrografisk analys av ballast, Rilem AAR‐1.
3. Analys av kemisk sammansättning hos cementpasta, Na2O‐ekv. alkalihalt.
4. Laboratorieprovning av expansion enligt modifierad CBI‐Metod nr 1.
5. Korrelation med CBIs databank för olika typer av bergarter.
Åtgärder
Bromsande åtgärder – begränsning av ASR‐skador
1. Sänka fukthalten i betongen – sänker reaktionshastigheten – tätskikt, impregnering, diffusionsöppna beläggningar.
2. Förstärkningar – håller emot expansionen – pågjutningar (tvärkraftsupptagande armering, byglar), stålkragar på pelare.
3. Fogsågning – minskar spänningar i konstruktionen, ”kontrollerar”
deformationen
Reparation av expanderande betong – något tillräckligt elastiskt eller starkt för att klara av den aktuella expansionen.
Åtgärder
Långsamt reaktiva bergarter från Mellansverige
Fall 1. Arrheniuslaboratoriet, Frescati
Kraftig ASR i pelare, trolig frostverkan på pelares övre delar
Åtgärder:
Skyddande plåt ovan
Uttorkning av betongen
Injektering av sprickor
Ytbehandling, impregnering med silan
Uppföljning
Åtgärder
Långsamt reaktiva bergarter från Mellansverige
Fall 2. Bro i Norrköping
Kraftig ASR i vissa delar av brobana
Kombination av ASR och frost
Lågalkaliskt eller urlakad cement Utveckling
‐ Ökad kunskap om ASR inom branschen
‐ Pågående forskningsprojekt på CBI:
1. Vidareutveckling av funktionsprovning av ballast 2. Ytbehandlingar – begränsning av fukthalt i betongen, reaktionens
fuktberoende, tröskelvärden för fukt 3. Reaktionshastigheter, tröskelvärden för alkalihalt och halt av reaktiv ballast ‐ Prognos av ASRs utveckling i en konstruktion
‐ Bättre bedömning av ASRs konsekvens för konstruktionen
Utveckling
Krossballast:
‐ Selektiv brytning ger bättre möjlighet att välja lågreaktiv ballast –
förutsätter geologisk detaljkartering av brottet och petrografisk analys av bergmaterialet. ‐ Mer exakta prognoser/bedömningar med mer homogen ballast.
Nya bindmedel:
‐ Användning av nya cement med flygaska, puzzolanska tillsatsmaterial som binder alkalier.
Tack för uppmärksamheten!
