EXAMENSARBETE. Hydratationssprickor i väggkonstruktioner av betong

Transkript

1 EXAMENSARBETE 2008:088 CIV Hydratationssprickor i väggkonstruktioner av betong - sprickriskklassificering för WSP Byggprojektering Lars Nygårdh Luleå tekniska universitet Civilingenjörsprogrammet Väg- och vattenbyggnadsteknik Institutionen för Samhällsbyggnad Avdelningen för Byggkonstruktion 2008:088 CIV - ISSN: ISRN: LTU-EX--08/088--SE

2 Hydratationssprickor i väggkonstruktioner av betong - sprickriskklassificering för WSP Byggprojektering Lars Nygårdh Luleå tekniska universitet Civilingenjörsprogrammet Väg- och vattenbyggnadsteknik Institutionen för Samhällsbyggnad Avdelningen för Byggkonstruktion

3 FÖRORD Förord Detta examensarbete avslutar min civilingenjörsutbildning inom Väg- och vattenbyggnadsteknik vid Institutionen för samhällsbyggnad på Luleå tekniska universitet. Arbetet har utförts på Avdelningen för byggkonstruktion på uppdrag av WSP Byggprojektering. Projektet är initierat av Bo Malmberg, samordningsansvarig i teknikorganisationen på WSP Byggprojektering. Examinator och handledare har varit universitetslektor Martin Nilsson. Arbetet med denna rapport har pågått parallellt med påbörjad anställning på WSP Byggprojektering i Kiruna och därmed dragit ut på tiden några månader. När jag nu är klar med rapporten ser jag med tillförsikt fram emot att få börja jobba heltid. Jag vill passa på att rikta ett stort tack till er som hjälpt mig under arbetet med denna rapport och då speciellt till Martin Nilsson, universitetslektor vid avdelningen för Byggkonstruktion på Luleå tekniska universitet, som alltid funnits till hands, svarat på frågor samt kommenterat arbetet under dess gång. Jan-Erik Jonasson, professor vid avdelningen för Byggkonstruktion på Luleå tekniska universitet, som tagit fram i simuleringarna använda data och trots sin fullbokade kalender lagt ned tid på att förklara och svara på frågor. Bo Malmberg och Dan Pettersson vid WSP Byggprojektering som läst, kommenterat och bidragit i diskussioner under arbetes gång. Sist men absolut inte minst vill jag tacka min sambo Johanna som stöttat mig och orkat lyssna på mitt gnäll. Utan dig hade arbetet blivit så mycket jobbigare. Kiruna, maj 2008 Lars Nygårdh I

4

5 SAMMANFATTNING Sammanfattning Hydratationssprickor i betong behandlas vanligtvis vid arbete med grövre konstruktioner. Det är av stor vikt att behandla dessa även i tunnare konstruktioner såsom väggar i hus och industrier, Bernander (1998). Uppkomna sprickor kan bland annat påverka konstruktionens hållbarhet, beständighet, ljudisolering, täthet, utseende och komfort, Bernander (1998). På grund av detta är det viktigt att i ett så tidigt skede som möjligt kunna bedöma om risk för sprickbildning föreligger. Examensarbetet behandlar riskklassificering av hydratationssprickor i väggkonstruktioner av betong och har utförts på uppdrag av konsultföretaget WSP Byggprojektering. Hydratationssprickor beror på flera olika orsaker, men grunden till sprickornas uppkomst är den värmeutveckling som sker då betongens huvudkomponent cement kemiskt reagerar med vatten. Under värmeutvecklingen och den därpå efterföljande avsvalningen sker volymförändring. Om volymförändringen under avsvalningsskedet förhindras kommer tvångskrafter att uppstå i betongen. Då dessa krafter överskrider betongens hållfasthet kommer sprickor att uppstå. Trots att det är ett välkänt faktum att det i betongkonstruktioner, till följd av volymförändringen, uppstår spänningar sker det alltför ofta att nygjutna konstruktioner spricker, Nilsson (2003b). I detta arbete presenteras en sprickriskklassificering, där väggens användningsområde ligger till grund för vilken säkerhet som används vid sprickriskbedömning. Det klassificerade sprickriskkriteriet grundar sig på WSP Byggprojekterings klassificering av olika väggklasser. Väggens klasstilldelning beror på vilken konsekvens en spricka i väggen har. Målet är att skapa en tydlig och lättanvänd sprickriskbedömningsguide. Detta har utförts genom ett stort antal simuleringar i datorprogrammet ConTeSt Pro (1999). I dessa simuleringar har betongens hållfasthetstillväxt och uppkomna töjningar simulerats för olika väggkonstruktioner. Simuleringarna har utförts för två olika cementsorter, bygg- och anläggningscement, under olika omgivningstemperaturer och olika initialtemperaturer på den färska betongen, samt med olika mått på konstruktionen. De uppkomna töjningarna har jämförts med uppnådd brottstöjning i ett kritiskt tvärsnitt på väggen. Jämförelsen leder fram till en spricksäkerhetsfaktor som kan användas vid bedömningen av vilken väggklass som väggen uppfyller. Då anläggningscement är välanvänt inom framförallt brobyggnad, finns uppmätta materialegenskaper för denna cementsort. Detta är däremot inte fallet för byggcement för vilken det i dagsläget saknas exakta mätserier. Därför har materialparametrar för byggcement uppskattats av Professor Jan-Erik Jonasson vid Luleå tekniska universitet. Resultaten från simuleringarna presenteras i tabeller där uppfylld väggklass anges för respektive simuleringsförutsättning. Simuleringarna har tydligt visat att sprickrisken ökar då gjutetappens längd eller väggens tjocklek ökar. Därtill har det visats att då skillnaden mellan omgivningstemperaturen och betongens initialtemperatur ökar, ökar även sprickrisken. Med detta i åtanken kan konstruktören under projekteringsskedet och entreprenören under entreprenadskedet med enkla åtgärder skapa förutsättningar för att undvika att hydratationssprickor uppkommer i konstruktionen. III

6 IV

7 ABSTRACT Abstract Early age cracking due to hydration is mostly dealt with when working with mass concrete constructions. It is also of great importance to take cracks due to hydration in to consideration when dealing with slender constructions, Bernander (1998). Cracks that occur in concrete affect function, durability, density, sound insulation, appearance and comfort of the construction, Bernander (1998). Considering this it is important to estimate the risk of cracking as soon as possible. This master s thesis considers risk classification of cracks in concrete walls due to hydration. This work is done at the request of the consulting company WSP Byggprojektering (Structural design). Early age cracking due to hydration derives from several causes, but the main cause is the heat that generates it the chemical reacting between cement and water. During the heating phase, the structural elements expand and later when the chemical reaction subsides, the concrete starts to contract. If the volume change during the hydration phase is hindered, restrain stresses are induced. If the stresses are larger than the tensile strength of the concrete, cracks may occur. Though this is a well known fact it is far to common with cracks due to hydration in new constructions, Nilsson (2003b). This thesis will introduce criterions for crack risk classification where the criterion is based on the purpose of the wall. The crack risk criterions are based on the classification that WSP Byggprojektering is using for concrete walls. The classification of the wall depends on what consequence a crack in the wall will have. The aim is to create a crack risk guide that is easy to use and understand. This has been carried out with the help of the computer program ConTeSt Pro (1999).The program simulates the growth of strength in the concrete and compares this to the restraint strains that will develop inside the concrete due to the expansion and contraction in the hydration phase. Simulations have been carried out with two different cement types; one low heat type and one standard type of cement. In the simulations different temperatures in the surroundings and in the early age concrete has been used. Different measures of the wall have also been used. The strains that arise in the critical area of the wall are compared to the tensile strength. This lead s to a factor that can be used to determine which classification the wall will obtain. Low heat cement types are frequently used in bridge constructions and it is common knowledge how the concrete reacts when used. This is unfortunately not the case for standard cement types. In this master s thesis parameters concerning standard type cement have been created by Professor Jan-Erik Jonasson at Luleå University of technology. The results from the simulations are presented in tables, where obtained classification is printed for each simulation. The results from the simulations clearly show that the risk of cracking increases when the length of the wall or the thickness of the wall increases. The result also show that when the temperature difference between the initial concrete temperature and the surrounding temperature increases the risk of cracking also increases. V

8 VI

9 INNEHÅLLSFÖRTECKNING Innehållsförteckning FÖRORD I SAMMANFATTNING III ABSTRACT V INNEHÅLLSFÖRTECKNING VII 1. INLEDNING BAKGRUND SYFTE MÅL PROBLEMFORMULERING FRÅGESTÄLLNING Specificering av frågeställning AVGRÄNSNINGAR FORSKARENS REFERENSRAM PROBLEMÄGARE OCH INTRESSENTER FÖRETAGSPRESENTATION WSP 4 2. METOD UTREDNING ELLER FORSKNING KVANTITATIV ELLER KVALITATIV METOD UNDERSÖKNINGSANSATS LITTERATURSTUDIE FÖRSÖKSPLANERING Geometri och försöksförutsättningar Elementstorlek Omgivningsförhållanden ANALYSENS UTFÖRANDE TEORETISK BAKGRUND SPRICKOR I BETONG Temperatursprickor Ickekonstant mognadsutveckling Inspänningsgrad SPRICKRISKBEDÖMNING UTFÖRANDETEKNISKA ÅTGÄRDER MOT HYDRATATIONSSPRICKOR Anpassning av betongens sammansättning Sänkt initialtemperatur på betongen Sänkt tvångsgrad 25 VII

10 INNEHÅLLSFÖRTECKNING Kylning av nygjuten betong Värmning av motgjutna konstruktioner ANVÄNDANDE AV OLIKA SPRICKSÄKERHETSNIVÅER RISKKLASSIFICERING AV BETONGKONSTRUKTIONER Spricksäkerhetsklassificering enligt svensk norm WSP:s klassificering av olika betongväggar SPRICKSÄKERHETSKLASSIFICERING FÖR OLIKA BETONGVÄGGAR RESULTAT SPRICKSÄKERHETSFAKTORER VÄGGKLASSIFICERING VARIATION VID FÖRÄNDRAD PLATTJOCKLEK VARIATION VID FÖRÄNDRAD PLATTBREDD VARIATION VID FÖRÄNDRAD PLACERING AV VÄGG PÅ PLATTA DISKUSSION FÖRSLAG PÅ FORTSATT ARBETE REFERENSFÖRTECKNING SKRIFTLIGA KÄLLOR ELEKTRONISKA KÄLLOR MUNTLIGA KÄLLOR REFERENSER EJ HÄNVISADE TILL I TEXTEN 49 BILAGA 1 EXPONERINGSKLASSER ENLIGT SS-EN BILAGA 2 SPRICKSÄKERHETSDIAGRAM C25/30 ANLÄGGNINGSCEMENT BILAGA 3 SPRICKSÄKERHETSDIAGRAM C30/37 ANLÄGGNINGSCEMENT BILAGA 4 SPRICKSÄKERHETSDIAGRAM C35/45 ANLÄGGNINGSCEMENT BILAGA 5 SPRICKSÄKERHETSDIAGRAM C40/50 ANLÄGGNINGSCEMENT BILAGA 6 SPRICKSÄKERHETSDIAGRAM C25/30 BYGGCEMENT BILAGA 7 SPRICKSÄKERHETSDIAGRAM C30/37 BYGGCEMENT BILAGA 8 SPRICKSÄKERHETSDIAGRAM C35/45 BYGGCEMENT BILAGA 9 SPRICKSÄKERHETSDIAGRAM C40/50 BYGGCEMENT VIII

11 INLEDNING 1. Inledning I detta kapitel kommer examensarbetets bakgrund och syfte att presenteras. Därefter kommer problemformulering, frågeställning och avgränsning att beskrivas. I slutet av detta kapitel presenteras även arbetets problemägare Bakgrund Sprickor i betong är ett vanligt och mycket gammalt problem. Problemet har existerat så länge som betong har använts som byggnadsmaterial, Bernander (1998). Sprickor uppstår då töjningen i betongen överskrider materialets brottöjning. Töjningarna kan i sin tur antingen orsakas av yttre last, av deformationer i form av sättning och så vidare eller av att temperatur- och fuktrörelser förhindras genom tvång. Sprickor kan bland annat påverka konstruktionens hållbarhet, beständighet, ljudisolering, täthet, utseende och komfort, Bernander (1998). För att säkerställa dessa funktioner behövs i många fall krav på sprickbegränsning. I många projekt beror kraven på konstruktionen av konstruktionens syfte. Exempelvis en vägg som skall utsättas för ensidigt vattentryck får under inga omständigheter innehålla sprickor och därmed läcka. I praktiken förekommer det dock otaliga gånger att oacceptabel sprickbildning uppstår trots att konstruktören utfört dimensioneringen i enlighet med rådande anvisningar. Detta förorsakar ofta tvister rörande ansvarförhållanden, kostnader för reparationer och ersättningsanspråk för dessa merkostnader. Förutom sprickor orsakade till exempel av yttre last finns det även sprickor som riskerar att uppkomma betydligt tidigare; sprickor som uppkommer långt innan last har påförts konstruktionen. Dessa är, bland andra, de temperaturberoende sprickor som uppkommer under hydratationsfasen, vilket innebär sprickor som uppkommer redan något dygn efter att gjutningen genomförts och som har sin grund i att cementet i betongen reagerar med vatten. Hydratationssprickor behandlas vanligtvis vid arbete med grövre konstruktioner. Men det är även av stor vikt att behandla dessa i tunnare konstruktioner såsom väggar i hus och industrier, Bernander (1998). Denna typ av sprickor förebyggs och behandlas främst genom material- och utförandetekniska åtgärder. För att en konstruktör ska kunna anvisa material- och utförandetekniska åtgärder krävs en kunskap och medvetenhet om att denna typ av sprickor kan uppkomma och i vilka fall där risk för uppkommande sprickor förekommer. Som ett led i att skapa medvetenhet för uppkomsten av hydratationssprickor kommer, i detta examensarbete, några typer av väggkonstruktioner att analyseras under flertalet förutsättningar. Resultaten kommer sedan att presenteras i en riskbedömningsguide, där konstruktören skall kunna gå in och titta på sin valda konstruktion och där se om det finns risk för att hydratationssprickor uppkommer. Väggar används i många olika miljöer och WSP Byggprojektering har valt att klassificera väggar i fyra väggklasser utifrån vilken konsekvens sprickor i konstruktionen får

12 INLEDNING WSP Byggprojektering har idag en guide, vars främsta syfte är att vara ett hjälpmedel för att identifiera förhållanden då risk för sprickbildning föreligger. Om risk för sprickbildning föreligger i en viss konstruktion kan entreprenören, genom föreskrifter, styras till att vidta åtgärder för att minska sprickbildningsrisken. Dessa åtgärder är i dagsläget något som för det mesta diskuteras mellan entreprenör och betongleverentör. När nu fler och fler uppdrag går mot att vara partneringuppdrag eller motsvarande så kommer troligtvis åtgärdsdiskussionen att istället riktas mot projektören. Det är då viktigt att projektören har relevanta hjälpmedel i form utav guider eller beräkningsprogram. Detta examensarbete utförs på uppdrag av WSP Byggprojektering Syfte Denna rapports syfte är att, för WSP Byggprojekterings räkning, utföra datorsimuleringar av töjningsförhållanden som uppstår i initialskedet för väggkonstruktioner av betong gjutna mot befintliga plattor på mark. De analyserade resultaten skall sedan kopplas mot befintliga väggklasser och sammanställas i en guide för sprickriskbedömning Mål Målet med detta examensarbete är att skapa en tydlig och lättanvänd sprickrisksbedömningsguide. Denna guide ska användas för att minska antalet fall där hydratationssprickor uppkommer i väggkonstruktioner av betong Problemformulering Vid gjutning av betongväggar mot tidigare gjuten betongplatta eller mot berg, erhålls tvångskrafter. Dessa tvångskrafter uppkommer till följd av att motgjuten betong eller berg hindrar betongens volymändring. Volymändringen sker till följd av värmeutveckling och avsvalning under betongens hårdnande. Tvångskrafterna kan i vissa fall bli så stora att de överskriver betongens hållfasthet och sprickor riskerar att uppstå. Uppkomsten av sprickor kan med arbetstekniska åtgärder undvikas, Bernander (1998). Risken för uppkomst av sprickor måste dock beräknas och bedömas redan på projekteringsstadiet. Genom medvetna val under projekteringen kan sprickrisken motverkas. I den riskbedömningsguide som WSP i dagsläget använder, Arvidsson & Malmberg (2005) har beräkningar gjorts på tidigare betongklassificering, SS , och denna kräver därför omarbetning till att passa ny betongklassificering, SS-EN Därtill behöver guiden uppdatering av tidigare beräkningar till beräkningar utförda med finita element metoder. Vid dimensionering av väggar, använder WSP en klassificering för vilka förutsättningar som olika väggar ska klara. Till dessa väggklasser ska - 2 -

13 INLEDNING spricksäkerhetsfaktorer anges. er används vid dimensionering för att bedöma risken för att sprickor uppkommer. I detta arbete kommer nya beräkningar genomföras och en klassificerad spricksäkerhetsbedömning att presenteras Frågeställning Frågeställningen i detta arbete är: Under vilka förutsättningar kommer sprickrisk att uppstå för en betongvägg gjuten mot betongplatta till följd av hydratation? Vidare skall arbetet även besvara hur kan man minska risken för att hydratationssprickor uppkommer? Specificering av frågeställning För att enklare kunna behandla frågeställningen i 1.5 bryts den ned och specificeras med följande frågor. Teoretiskt skall följande frågor behandlas Varför uppkommer hydratationssprickor? Hur klassificeras spricksäkerheten? Vilken spricksäkerhet ska knytas till olika konstruktioner? Hur kan man i projekteringsskedet minska risken för hydratationssprickor? Hur kan man arbetstekniskt minska risken för hydratationssprickor? Genom datorsimuleringar med hjälp av ConTeSt Pro (1999) och analys av resultaten skall följande frågor behandlas För vilka väggmått uppstår sprickrisk? Hur förändras riskbilden vid användande av annan cementsort? Hur förändras riskbilden då väggens dimensioner förändras? Hur förändras riskbilden då omgivningstemperaturen förändras? Hur förändras riskbilden då betongens initialtemperatur förändras? 1.6. Avgränsningar Examensarbetet kommer att behandla töjningsförhållanden som uppstår i envåningsväggar gjutna i en etapp. Detta innebär att töjningsförhållanden som uppstår då väggar gjuts etappvis i höjdled och sidled inte kommer att behandlas

14 INLEDNING Töjningsförhållandena tas fram med hjälp av simuleringar utförda med datorprogrammet ConTeSt Pro (1999). Inga skalenliga försök kommer att genomföras i laboratorium för att säkerställa resultaten. De resultat som tas fram i rapporten gäller endast använda betongklasser och kan ej direkt översättas till andra betongklasser. I detta arbete behandlas ej betongklasser som betecknas som höghållfasta Forskarens referensram Rapportförfattaren är sistaårselev på civilingenjörsprogrammet Väg och Vatten vid Luleå tekniska universitet. Detta projekt utgör det obligatoriska examensarbetet och omfattar 30 högskolepoäng, motsvarande 20 veckors heltidsstudier. Utbildningen har av författaren inriktats mot en examen inom området konstruktion Problemägare och intressenter Initiativtagare till detta examensarbete är Bo Malmberg på WSP Byggprojektering. WSP Byggprojektering kommer att använda resultatet av detta examensarbete i sin guide för identifiering av förhållanden då risk för sprickbildning till följd av hydratationen föreligger. Därmed är samtliga konstruktörer på WSP Byggprojektering att betrakta som intressenter. Arbetet kan även ses som en orientering i problemområdet kring hydratationssprickor i betongkonstruktioner, och kan därmed intressera flertalet konstruktionsintresserade Företagspresentation WSP Folke Jacobson och Hans Widmark bildade 1938 företaget J&W, Jacobson & Widmark. J&W växte starkt och introducerades 1976 på Stockholmsbörsen med 750 anställda förenades J&W med WSP (ursprungligen Williams Sayles Partnership), ett brittiskt bolag grundat 1970 och som varit noterat på Londonbörsen sedan Båda företagen har genom historien växt stark, även utan att förvärva andra bolag. Sedan november 2002 heter bolaget WSP också i Sverige. WSP är idag ett globalt företag som erbjuder kvalificerade konsulttjänster för samhälle och miljö. Med 200 kontor världen över och 9000 medarbetare är WSP ett av de största konsultföretagen i Europa och bland de största i världen. I Sverige är WSP ett rikstäckande konsultföretag med drygt 2000 medarbetare. WSP erbjuder ett brett utbud av tjänster inom huvudsektorerna; hus och industri, transport och infrastruktur samt miljö. WSP Sverige är en del av WSP Group som bedriver verksamheten huvudsakligen i Storbritannien och Sverige men också i övriga Europa, USA, Afrika och Asien. WSP har kontor i mer än 30 länder och deltar i projekt i över 60 länder. ( läst ) - 4 -

15 METOD 2. Metod Detta kapitel behandlar vilken typ av forskning som har utförts. Här beskrivs forskningens angreppssätt, forskningsmetod och arbetets förfarande. För att svara på frågorna under avsnitt kommer viss metodik väljas och beskrivas mer detaljerat Utredning eller forskning Eriksson och Wiedersheim-Paul (2001) samt Patel och Davidson (2003) delar upp undersökningar i utredning eller forskning. De senare lägger dessutom till uttrycket utvecklingsarbete. Utredning definieras som klarläggande, anskaffning och sammanställning av uppgifter. Forskning definieras som en process som genom systematiskt arbete kan frambringa nya kunskaper och ökat vetande. Utvecklingsarbete definieras som den verksamhet som systematiskt och metodiskt utnyttjar forskningsresultat och vetenskaplig kunskap för att åstadkomma nya produkter, nya processer, nya system eller väsentliga förbättringar av dem som redan existerar, Nationalencyklopedin (2007). Patel och Davidson (2003) menar att det primära syftet med utredning och forskning är att producera kunskap och att den främsta skillnaden mellan de två metoderna är att forskningen kräver att det finns teoretisk förankring. Eriksson och Wiedersheim-Paul (2001) skriver att samtidigt som det kan anses uppenbart att utredning och forskning inte är samma sak, så tenderar gränsen mellan de två begreppen att suddas ut. Detta förklarar författarna med att den stora mängden offentliga utredningar, som ofta är genomarbetade arbeten, väl svarar mot de krav som ställs på forskning beträffande vetenskaplig prestation. Dessutom tenderar universitet och högskolor att utföra utredningar och forskning på uppdrag av olika intressenter i det omgivande samhället. Även Patel och Davidson (2003) anser att gränserna mellan begreppen är svår att definiera. Arbetet med denna rapport kommer att hamna, som Patel och Davidson (2003) samt Eriksson och Wiedersheim-Paul (2001) beskriver, i den suddiga zonen mellan utredning och forskning. Tyngdpunkten av arbetet kommer att betecknas som utredning, då arbetet riktas in på att sammanställa teorin och på ett begripligt och lättanvänt sätt förklara detta i den blivande handboken. Det finns ingen önskan att producera nya teorier Kvantitativ eller kvalitativ metod För insamling och bearbetning av information finns två olika metoder, kvantitativa och kvalitativa metoder. Patel och Davidson (2003) beskriver kvantitativ forskning som sådan forskning som innebär mätningar av hårda data vid datainsamlingen och statistiska bearbetnings- och analysmetoder. Backman (1999) exemplifierar kvantitativa metoder som experiment, test och frågeformulär. Patel och Davidson (2003), beskriver kvalitativt inriktad forskning, som datainsamling där forskaren fokuserar på mjuka data som till exempel tolkande analyser

16 METOD I denna rapport kommer en kvantitativ studie att genomföras för att bestämma i vilka fall som det förekommer risk att sprickor uppkommer i nygjutna betongkonstruktioner. En mängd liknande datorsimuleringar kommer att genomföras, vilket ska leda fram till att slutsatser kan dras om ovanstående Undersökningsansats Utanför den analytiskt inriktade naturvetenskapen är fallstudier, enkäter och intervjuer vanliga undersökningsmetoder. I detta fall, där analyser skall genomföras av en stor mängd experimentresultat är den experimentella ansatsen lämplig. Enligt Eriksson och Wiedersheim-Paul (2001) strävar en experimentell ansats efter att fastställa kausala samband. I denna rapport skall samband försöka fastställas mellan förhållandena beträffande temperatur, längd/höjd, väggtjocklek, betongkvalitet samt cementsort och risken för att sprickor uppkommer Litteraturstudie För att hitta en teoretisk bakgrund till problemområdet har en litteratur- och artikelsökning genomförts i databaserna Ebesco, Lucia, Byggtorget, ISI web of knowledge och ProQuest. I dessa databaser har sökorden concrete, crack, hydration, temperature, hydratation, betong, sprickor, temperatur, sprickrisk, spricksäkerhet, värmeutveckling och ung betong använts. Till en början har övergripande artiklar och litteratur studerats. Detta för att ge författaren en övergripande insyn i det aktuella ämnet. Därefter genomfördes en ny artikel- och litteratursökning för att finna ny djupare state of the art information. Funna artiklar och litteratur har använts i kapitlet Teoretisk bakgrund samt för att formulera försöksplaneringen Försöksplanering Försöken i denna rapport kommer att innefatta temperaturutvecklings- samt töjningsberäkningar i datorprogrammet ConTeSt Pro. För att försöken ska kunna genomföras på ett sätt som ger ett rättvisande resultat, vilket sedan kan jämföras och analyseras, görs nedanstående planering innan försöken påbörjas Geometri och försöksförutsättningar Temperaturutvecklings- och töjningsberäkningarna kommer att utföras på en konstruktion bestående av platta på mark samt en 3 meter hög vägg. Plattan antas vara gjuten vid tidigare tidpunkt och därmed har betongen uppnått full hållfasthet, och har elastiska egenskaper som hårdnad betong. Figur 1 beskriver försökets utformning. I denna figur kan ses en vägg, block 3, som gjuts på tidigare gjuten - 6 -

17 METOD platta, block 2. Block 1 i figuren är mark, bestående av packad grusbädd, på vilken betongplattan gjutits ovanpå. Figur 1 Skiss över försökets utformning Försök kommer att innefatta 1152 olika kombinationer där nedanstående parametrar, se Tabell 1, används vid analyserna. Parametrarna har bestämts i samråd med Bo Malmberg på WSP samt med Martin Nilsson på LTU. Tanken bakom variablerna är att de i stort ska efterlikna verkliga förhållanden och användningsområden. Jan-Erik Jonasson, professor på LTU, står bakom programmet ConTeSt Pro (1999) och har medverkat med att ta fram de rätta materialparametrarna för simuleringarna. Dock kan det nämnas att de materialparametrar som används för byggcement är av Jonasson uppskattade parametrar. De materialparametrar som används för anläggningscement är parametrar, från gamla betongklassificeringen korrigerade till nya betongklassificeringen, framtagna genom experiment utförda på betongprover i laboratorium. De betongklasser som finns listade i Tabell 1, är alla utan luftporbildare

18 METOD Tabell 1 I analyserna ingående parametrar Cementsort: Byggcement Anläggningscement Degerhamn OPC Hållfasthetsklasser C25/30 vct=0,55 C30/37 vct=0,45 C35/45 vct=0,40 C40/50 vct=0,38 Cementhalt: Byggcement 300 kg/m kg/m kg/m kg/m 3 Anläggningscement 300 kg/m kg/m kg/m kg/m 3 Omgivningens lufttemperatur, T luft -5, 0, 10, 20 C Betongens initialtemperatur, T gjut 10, 15, 20 C Plattbredd Plattjocklek, t vägg Vägghöjd, H 8 m 0,4 m 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 m 3 m Längd/Höjd L/H <2, 4, >6 Parametrarna i Tabell 1 kombineras enligt Tabell 2 för samtliga betongkvaliteter. Tabell 2 Parameterkombination för betongkvalité C25/30 Cement Cementsort TÖJNINGSFAKTOR - BETONGVÄGG GJUTEN MOT BETONGPLATTA Betongkvalitet T gjut T luft C25/30 vct=0,55 L/H t vägg Försöken kommer att delas upp i grupper om 16 försök. I varje grupp är faktorerna gjuttemperatur (T gjut ), cementsort, samt längd/höjd (L/H) konstanta. Eftersom sprickrisken antas bero på inspänningsförhållande och temperaturgradient dvs

19 METOD skillnaden mellan ytter- och innertemperatur i betongen, kommer varje grupp att inledas med försök där temperaturskillnaden är som störst samt där väggtjockleken är störst. Om försöken gått ut på att hitta förhållanden då risk för sprickor uppkommer, hade antalet försök kunnat reduceras. I detta arbete vill dock författaren även kunna ha möjligheten att dra slutsatser om hur töjningskvoten förändras utifrån att konstruktionens utformning förändras. Därför kommer samtliga försök att genomföras trots att risk för sprickuppkomst inte kan antas föreligga. Som utgångspunkt har plattan en tjocklek på 0,4 meter. Försök kommer även att utföras med en tunnare och en tjockare platta. Då detta försök utförs kommer samtliga andra parametrar att hållas konstanta. Resultatet av detta försök förväntas att ge en indikation på hur töjningarna förändras om plattan är tjockare respektive tunnare. Plattan är i samtliga försök 8 meter bred. Referensförsök kommer att utföras på en platta med mindre utbredning, detta för att undersöka hur töjningarna förändras. I referensförsöken används plattor med bredder från 3 till 8 meter. Väggen placeras i samtliga försök centrerat på plattan. Ett referensförsök kommer att utföras för att kontrollera hur töjningarna förändras om väggen flyttas till kanten av plattan. Under detta försök kommer övriga parametrar att hållas konstanta. Samtliga temperatur- och töjningsanalyser kommer att utföras under en tidsram av 300 timmar. Efter 300 timmar förväntas skillnaden mellan betongens töjning och brottstöjningen ha börjat avta. Detta betyder att efter 300 timmar förväntas spricksäkerheten börja öka och inga nya hydratationssprickor förväntas uppstå. Gjutningen av väggen kommer att simuleras med en fyllnadstakt på 0,5 meter per timme Elementstorlek Vid beräkningar utförd med finitaelementmetoden, delas varje objekt upp i ett finit antal element. Varje element är sammankopplat med omkringliggande element genom noder och bildar på så sätt ett nätverk över hela objektet, se Figur 2. Förändringar kan ske inom varje element men påverkar genom noderna intilliggande element. För att försöket, under rimlig beräkningstid, ska få så exakta resultat som möjligt, rekommenderar användarhandboken för ConTeSt Pro att elementstorleken i det finita element nätet ska anpassad efter blockens inverkan på slutresultatet. Vidare rekommenderas att minsta antal element skall vara 8 stycken på det tunnaste stället i konstruktionen (Jejms Concrete AB, 1999). Med hänsyn till ovanstående väljs i de delar som består av ung betong en elementstorlek som motsvarar en tiondel av väggens tjocklek. Töjningarna i underliggande platta kommer ej att behandlas i diskussionen. För att spara tid i simuleringsskedet väljs för plattan därför en elementstorlek på 10 centimeter

20 METOD Figur 2 Del av försöksutformningen med inlagt elementnät Omgivningsförhållanden Enligt antagande är omgivningsförhållandena mycket viktiga för försökens resultat. Därför bestäms dessa enligt nedanstående. I Figur 3 ses en skiss på omgivningsförhållandena. Figur 3 Försökens förutsättningar

21 METOD Mark Marken, på vilken plattan är gjuten, består av en packad grusbädd, som har en temperatur i ytan som överensstämmer med lufttemperaturen. Temperaturen en meter ner i marken är 7 o C. Mellan dessa punkter antas temperaturen förändras linjärt. I Figur 3 ses marken avslutad ut åt sidorna, detta är inte fallet då marken fortsätter oändligt åt båda hållen. Temperaturförhållandet ut åt kanterna är därför adiabatiskt, dvs. inget värmeflöde sker åt horisontellt ut från marken. Vind Vid beräkningar används en vindhastighet på 2 m/s för samtliga otäckta ytor. Ytor som skyms av form t.ex. den rörliga gjutytan kommer att ligga något i lä för vinden och utsätts därför enbart för en vindhastighet på 1 m/s. Inspänningsförhållande Plattan antas gjuten på grusbädd. Grusbädden antas inte ha någon inverkan på ovanliggande platta vad avser motstånd mot translation och rotation. Därför antas plattan vara fri att dra ihop sig och fri att rotera. Form Formen, som används vid gjutningen, består av 12 mm plywood. Utanpåliggande reglar antas inte ha någon isolerande inverkan. Formen rivs, för att efterlikna verkliga förhållanden, 24 timmar efter avslutad gjutning. Detta kan betraktas som tidigt i vissa av försöksuppställningarna, till exempel då temperaturen är låg, men för att samtliga försök ska utföras under liknande förutsättningar kommer detta tidsintervall innan rivning ändå att användas Analysens utförande I ConTeSt Pro (1999) utförs töjningssimuleringar av i Figur 3 och Tabell 1 beskriven konstruktion. Dessa töjningar jämförs med uppnådd brottöjning i konstruktionen. Av denna jämförelse fås resultaten presenterat som kvoten mellan töjning och uppnådd brottöjning. Det främsta syftet är att hitta förhållanden som ger genomgående sprickor. Dessa sprickor kan uppstå i hela tvärsnittet men är mest intressanta i nedre delen av väggen. Genomgående sprickor i övre delen av konstruktionen tenderar att återslutas, Bernander (1999). Det område som är intressant med avseende på bestående och genomgående sprickor i konstruktionen är väggens tvärsnitt beläget mellan 0,5 till 1,5 väggtjocklekar upp, se Figur 4. För att identifiera om genomgående sprickor uppstår är den genomsnittliga töjningskvoten i området intressantast

22 METOD Figur 4 Beräkningsområde Från simuleringarna fås resultaten ut i form av diagram, se Figur 5. Från dessa diagram plockas de maximala töjningskvoterna ut, omvandlas genom invertering till en spricksäkerhetsfaktor och plottas. Hållfasthets-, spännings-, temperatur- och spänningskvotsutveckling över tiden 2, ,5 20 strength MPa / C* stress ratio temp 0, ,5 20,5 30,5 40,5 50,5 60, ,5 h 0 0,7 Töjningsfaktorns variation med olika L/H C40/50 Byggcement Utetemp: 0 grader Betongtemp: 20 grader töjningsfaktor 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, ,1 tid Figur 5 Resultat från simuleringar samt omvandling av simuleringsresultat

23 METOD Samtliga resultat från simuleringarna i ConTeSt Pro kommer att inverteras till en spricksäkerhetsfaktor, ξ. Detta värde jämförs med de värden, S, för spricksäkerhet i kapitel 4, där klassificering av olika väggklasser beskrivs och en klassificerad tilldelning av spricksäkerhetsfaktorer diskuteras. Jämförelsen kommer att visa vilken väggklass det aktuella försöket resulterar i. För att väggen skall klassas till en viss väggklass måste förhållandet ξ S uppfyllas. i Alla simulerade spricksäkerhetsvärden kommer att plottas i två olika diagram. Ett diagram ska visa hur spricksäkerhetsvärdet, för ett visst temperaturförhållande, förändras då längd/höjd förhållandet förändras. Nästa diagram ska visa hur spricksäkerhetsvärdet, för ett visst temperaturförhållande, förändras då väggtjockleken förändras

24 METOD

25 TEORETISK BAKGRUND 3. Teoretisk bakgrund I detta kapitel kommer bakomliggande teori att behandlas avseende hydratationssprickor i betong. Avgörande faktorer för sprickornas uppkomst och tillväxt kommer att presenteras och individuellt behandlas. Därefter presenteras åtgärder som kan vidtas under byggprocessen för att undvika och förebygga hydratationssprickor Sprickor i betong Sprickor i betong är ett vanligt och mycket gammalt problem. Problemet har existerat så länge som betong har använts som byggnadsmaterial. Större krav på konstruktionerna avseende hållbarhet, täthet, utseende och komfort har dock fått forskningen att intensifieras under de senaste tioårsperioderna. För att nå upp till dessa krav krävs att sprickorna kan förutses och förhindras eller reduceras. Sprickor kan förebyggas i både konstruktions- och produktionsskede. Pettersson (1998) skriver att målet, att helt förebygga sprickor, i vissa fall kan bli både dyrt och tekniskt svårt att lösa, och att lösningen i dessa fall kanske måste bli att tillåta sprickors uppkomst, men att reducera dess sprickvidd. Sprickor som uppkommer under betongens livslängd beror på en mängd olika orsaker och får av Löfquist (1946) benämning därefter. Dessa är belastningssprickor, krympsprickor, sättsprickor, frostsprickor, inhomogenitetssprickor och temperatursprickor. Förutom temperatursprickor, kommer dessa typer av sprickor att ej behandlas vidare i denna rapport. Temperatursprickor uppkomna under hydratationsfasen påverkar inte direkt den totala bärförmågan för konstruktionen, men kan påverka den estetiska bilden av konstruktionen såväl som orsaka läckage och den långsiktiga hållbarheten. (Nilsson och Elfgren, 2003) Viktigt att beakta är att uppkomsten av en typ av spricka ofta gör det lättare för en annan typ av spricka att uppkomma och konsekvensen av dessa bli värre än om hydratationssprickor ej hade uppstått. Till exempel kan uppkomna temperatursprickor, alternativt krympsprickor eller inhomogenitetssprickor, påskynda uppkomstförloppet för frostsprickor då dessa, till följd av att den tidigare, fått en sprickhänvisning. Det är även viktigt att påpeka att temperaturen inte är den enda faktorn som spelar in på temperatursprickornas bildande. I Figur 6 åskådliggörs de många faktorer som måste tas med i beräkningarna om töjningsförhållandena i ung betong under dess hårdnande. Detta gör att den matematiska modellen blir komplicerad och tillförlitliga resultat förutsätter beräkningar med finita element metoder. Det är mycket viktigt att inkludera konstruktionsdelens inspänningsförhållanden till omgivande konstruktioner och betongens ickekonstanta mognadsutvecklingen i beräkningarna avseende risken för temperaturrelaterade sprickors uppkomst. Detta kommer att behandlas i nedanstående avsnitt

26 TEORETISK BAKGRUND OMGIVNING: Luft temp Luft fuktighet Form Isolering TEMPERATURPARAMETRAR Hydratationsvärme osv. KONSTRUKTION Geometri, Dimensioner osv. GJUTNING Gjutordning, hastighet, gjutfogar osv. Mognadsutveckling TEMPERATURUTVECKLING INSPÄNNING MATERIALPARAMETRER: Hållfasthet Elasticitet Plasticitet Krympning Temp. expansion Temp. kontraktion Brottsutseende Matematisk modell Temperaturspänningar Sprickrisk Sprickor? Åtgärder Figur 6 Interaktionsfaktorer avseende temperaturinducerad spänning och sprickor i ung betong. Fritt från Emborg (1998) och Bernander (1998) Temperatursprickor Tillsammans med bland annat tvång är grunden till temperatursprickors uppkomst den temperaturutveckling som sker under hydratationsfasen, dvs. de värmeavgivande kemiska reaktioner som uppkommer mellan cement och vatten. Betongens hållfasthetsutveckling under hydratationsfasen delar Burström (2001) upp i fyra olika faser, se Figur 7 Under den första fasen sker ett visst tillstyvnande men betongen kan fortfarande lätt formas och vibreras. Under den andra fasen börjar det egentliga hårdnandet och betongens egenskaper förändras mycket snabbt. Under den tredje fasen är betongens egenskaper inte fullt utvecklade men betongen påverkas i liten grad av yttre förutsättningar. Betongens egenskaper under denna fas liknar i stort den hårdnade betongen i den sista fasen. Betongens hållfasthetsutveckling kan beskrivas som drag- och tryckhållfasthet som funktion av tiden, f ct (t) respektive f cc (t). Värmeutveckling sker under hydratationens alla faser, men är som kraftigast under de två första faserna. och avtar sedan till dess att alla cementkornen har reagerat, vilket kan ta flertalet år

27 TEORETISK BAKGRUND Figur 7 Schematisk bild av betongens hårdnande. Burström (2001) Bernander (1998) delar in betongens hydratationsfas i två viktiga delar: expansionsfasen (temperaturstegringsfasen) och kontraktionsfasen (avsvalningsfasen), se Figur 8. I båda dessa faser riskerar sprickor att utvecklas. Temperaturstegringen, orsakad av hydratationen, vilken inte enbart orsakar temperaturspänningar, påverkar även hastigheten på cementens reaktion med vatten och därmed hastigheten på betongens hållfasthetsutveckling, Wang och Dilger (1995). Detta samband ger den negativa konsekvensen att snabb temperaturstegring orsakar snabb hållfasthetsutveckling med konsekvensen att mognadsutvecklingen inte blir konstant inom konstruktionen. I tunna konstruktioner är det måhända inte hydratationen som är den primära orsaken till temperatursprickor utan däremot skillnaden mellan betongens temperatur vid gjutning och temperaturen på motgjutna konstruktionsdelar (T a ), exempelvis sula på mark. Detta får till följd att risken för uppkomst av ytliga sprickor i tunnare konstruktioner inte är särskilt hög. Däremot innebär de små dimensionerna i dessa konstruktioner att betydande tvång kan uppkomma i avsvalningsskedet, varför risken för genomgående sprickor kan vara stor, Jonasson et al (1994). Nedan behandlas expansions- och kontraktionssprickor

28 TEORETISK BAKGRUND Figur 8 Spännings- respektive töjnings- utveckling i tiden med jämförelse på hydratationens temperaturutveckling. Bernander (1998) Temperatursprickor under expansionsfasen Då temperaturen stiger under den, av Burström (2001) beskrivna, andra fasen ökar betongens volym, plastisk töjning (ε 1 pl ) uppstår, se Figur 8. När betongen under tiden hårdnar uppstår elastisk töjning (ε 1 el ), vilket i uppvärmningsskedet enbart är en liten del av den totala töjningen. Den elastiska töjningen orsakar tryckspänningar. Om gjutningens ytskikt, genom snabbare uttorkning, hårdnar snabbare än övrig betong riskerar ytskiktet att spricka. Detta beror på att volymändringen inte är lika stor över hela tvärsnittet, dvs. den innanförliggande betongen kommer att fortsätta expandera under längre tid än ytskiktet. Temperatursprickor i expansionsfasen uppkommer redan någon eller några dagar efter gjutning och tenderar att återslutas i slutet av avsvalningsfasen. Dessa sprickor är i de flesta fall ytliga. Tilläggas kan att sprickor i ytskiktet av tunna konstruktioner sällan uppkommer om inte ytan utsätts för ovanligt snabb uttorkning eller att konstruktionen utsätts för temperaturchock till följd av alldeles för tidig rivning av formen, Bernander (1998). Om sprickorna i ytskiktet,

29 TEORETISK BAKGRUND genom injektering, repareras i ett för tidigt skede, riskerar dessa i kontraktionsfasen att fortsätta inåt och bli genomgående, Löfquist (1946). Temperatursprickor under kontraktionsfasen När den unga betongen har nått sin maximala temperatur och den börjar svalna, återgår den elastiska töjningen, tryckspänningarna avtar, och vid t 2, se Figur 8, har ett spänningsfritt tillstånd uppnåtts. Den totala töjningen är nu lika stor som den plastiska töjningen. Detta medför att fortsatt kontraktion till följd av fortsatt avsvalnande, skapar negativa elastiska töjningar och därmed även dragspänningar i betongen. Då töjningen överskridit den unga betongens uppnådda brottöjning, spricker betongen och genomgående sprickor bildas. Beroende på konstruktionens dimensioner så kan det dröja veckor, månader eller i extrema fall år innan de genomgående kontraktionssprickorna uppdagar sig. Sprickor som bildas i kontraktionsfasen tenderar att förbli öppna, Bernander (1998). Temperatursprickor under kontraktionsfasen, i fallet vägg gjuten på platta eller sula på mark, har störst sannolikhet att uppkomma i en punkt belägen cirka en väggtjocklek, B c, ovanför gjutfogen, se Figur 9. Detta beror på följande faktorer. Inspänningsgraden varierar över tvärsnittets höjd och är som störst närmast gjutfogen. Dock minskas inspänningsgradens påverkan av den kyleffekt som den underliggande plattan har på temperaturlasten i den nedre delen av väggen. Dessa två faktorer resulterar i den kritiska punkten, belägen ungefär en väggtjocklek, B c, upp från gjutfogen, se Figur 9, Nilsson (2003a). Figur 9 Principiell beskrivning av kritisk punkt, Nilsson (2003a) Ickekonstant mognadsutveckling Den varierande temperaturskillnad som kan uppstå i ett tvärsnitt vid hydratation, får till följd att betongen kommer att utvecklas olika fort i olika delar av tvärsnittet. Detta

30 TEORETISK BAKGRUND betyder att betongen kommer att ha olika materialegenskaper inom samma tvärsnitt vid en viss tidpunkt. Eftersom förhållandet mellan betongens temperatur, vid gjutningen, och den omgivande temperaturen spelar stor roll på temperaturfördelningen i tvärsnittet bör detta faktum övervägas noga. Om betongens mognadsutveckling i konstruktionen varierar kan detta få till följd att de delar med högre mognadsgrad spricker när övriga delar fortsätter att expandera. Detta gäller främst grövre konstruktioner, Bernander (1998) Inspänningsgrad Inspänningsgraden är en mycket viktig faktor för om, framför allt, tunna konstruktioner uppvisar temperatursprickor eller ej. Inspänningsgraden visar hur stor frihet konstruktionsdelen har att röra sig i förhållande till omgivande konstruktioner, mot grundläggningen eller i förhållande till inre delar vilka inte genomgår samma volymförändring, Nilsson (2003a). 100 % inspänningsgrad innebär att konstruktionen inte under några omständigheter kan röra sig i förhållande till omgivande konstruktioner. Ett exempel på denna inspänningsgrad är element som gjuts mellan två oeftergivliga konstruktioner, Larson (2000). Motsvarande 0 % betyder att konstruktionen kan till exempel röra sig fritt mot underlaget. En krympande konstruktionsdel som har en inspänningsgrad på 100 % kommer att uppvisa stora dragspänningar då de delar som skulle vilja röra sig mot mitten, av omgivande konstruktioner förhindras att göra detta. Att bestämma graden av inspänning för en nygjuten konstruktion kan vara mycket svårt, inspänningsgraden varierar även inom konstruktionen, se Figur 9. Följande faktorer spelar en avgörande roll för inspänningsgraden: Väggens geometriska utformning. Förhållandet mellan höjd och längd på konstruktionen har stor betydelse för inspänningsgraden på olika höjd från sulan. Dessutom minskar inspänningsgraden desto närmare konstruktionens fria ände som man kommer. Detta betyder att långa väggar har en större yta vars inspänningsgrad är hög, än korta väggar, Larsson (2000) och Figur 10. I simuleringsförfarandet med ConTeSt Pro tas detta med i beräkningarna genom att töjningen reduceras med hjälp av resiliensevärden. Resiliensevärdena är beroende av konstruktionens längdhöjdförhållande, se Figur 10, Emborg (1989). Resiliensen i varje punkt av konstruktionen varierar även beroende på hur högt upp i konstruktionen som punkten är belägen, se Figur 11, Jejms concrete AB (1999)

31 TEORETISK BAKGRUND Figur 10 Resiliensens beroende av konstruktionens längd/höjd förhållande, Emborg (1989). Figur 11 Resiliencevärdens variation över konstruktionens höjd, Jejms Concrete AB (1999)

32 TEORETISK BAKGRUND Vidhäftningen i gränsytan mellan nygjuten vägg och mogen betong i sula. Om vidhäftningen mot mogen betong skulle vara fullständig, skulle inspänningsgraden mot denna kunna betraktas som hundra procentig. Dock har tester, utförda av Nilsson (2000) visat att en glidyta kan uppstå i vidhäftningsytan om kontraktionskraften blir för stor. Denna spricka propagerar från konstruktionens fria ände in mot mitten och sänker inspänningsgraden, Larsson (2000). Detta torde bero på den spänningskoncentration som uppstår i änden, punkt A Figur 12, av konstruktionen. Figur 12 Figuren visar i a) Fördelning och relativ storlek för temperaturrelaterade spänningar i vägg där ingen glidning uppstår i gjutfog mellan platta och vägg. b) Genomgående sprickor i samma vägg, Bernander (1998) Sulans utformning och styvhet. Graden av inspänning beror även mycket på förhållandet mellan de nygjutna och mogna delarnas geometri och styvhet. En tjock mogen betongsula har högre inspänningsgrad, mot den nygjutna delen, än en tunn sula, Larsson (2000)

33 TEORETISK BAKGRUND Styvheten och flexibiliteten i underliggande mark. Den underliggande markens styvhet och flexibilitet spelar stor roll på sulans inspänning, vilket får en varierande inspänningsgrad gentemot väggen som följd. Om sulan är förankrad i en hård och oeftergivlig grund, exempelvis berg, kommer väggens deformationer att nästan vara fullkomligt förhindrade. Om sulan istället är fri och inte förankrad i marken, får detta som följd att inspänningsgraden sjunker, Larsson (2000) Sprickriskbedömning Risken för sprickbildning till följd av hydratation bör bedömas på ett så tidigt stadium som möjligt. Bedömningen bör ske redan i projekteringsskedet. Sprickrisksbedömningen för sprickor orsakade av hydratation kan genomföras med i Figur 13 beskrivna femstegsprincip. 1 Val av utformning, material och möjliga åtgärder 2 Temperaturförhållanden genom beräkningar, diagram/databaser eller mätningar 3 Inspänningsförhållanden både mot omgivande konstruktioner och inom konstruktionen 4 Beräkning av konstruktionen belastning ξ = kapacitet 5 Sprickrisksutformning ξ 1 γ r γ s Nej Ja OK! Figur 13 Sprickrisksbedömning för hydratationssprickor. Fritt från Nilsson (2003a) I det första steget måste utformning, material och möjliga åtgärder mot sprickbildning väljas. Ett välgenomtänkt val beträffande dimensioner, utformning och betongsammansättning är enligt Nilsson (2003a) grunden till att undvika sprickor uppkomna av den unga betongens hydratation. I detta steg utvärderas även de

34 TEORETISK BAKGRUND åtgärder som är möjliga att genomföra, exempelvis kylning av betongen eller uppvärmning av angränsande konstruktion. I det andra steget bestäms den unga betongens temperaturutveckling under hydratationsfasen genom beräkningar, diagram/databaser eller mätningar. Genom den bestämda temperaturutvecklingen kan spänning och hållfasthetsutveckling bestämmas, Nilsson (2003a). I det tredje steget bestäms inspänningsförhållandena till omgivande konstruktioner och mark/berg samt inspänningar uppkomna av själva konstruktionens geometriska utformning, Nilsson (2003a). Se även avsnitt I det fjärde steget beräknas antingen förhållandet mellan uppkommen spänning och uppnådd draghållfasthet eller förhållandet mellan uppkommen töjning och maximal töjningskapacitet, Nilsson (2003a). Beräkningen av spännings- och/eller töjnings förhållandet kan ske antingen med datorberäkningar exempelvis ConTeSt Pro eller genom manuella beräkningar exempelvis förenklad metod för praktisk användning beskriven av Larson (2000). Bestämning av spännings- och/eller töjnings förhållandet kan även ske med hjälp av diagram eller databaser, Nilsson (2003a). I det femte och sista steget jämförs det framtagna spännings- eller töjningsförhållandet med en spricksäkerhetsfaktor. Spännings- eller töjningsförhållandet får inte överstiga denna faktor, Nilsson (2003a). Skulle resultatet visa att spricksäkerhetsfaktorn överskrids måste förändringar göras i steg 1. I kapitel 4 diskuteras spricksäkerhetsfaktorer Utförandetekniska åtgärder mot hydratationssprickor Förutom att, som i föregående avsnitt, utföra sprickriskbedömning och i projekteringen välja konstruktionsutförande för att minimera risken för uppkomst av hydratationssprickor kan man även i utförandefasen förebygga uppkomsten av dessa sprickor genom åtgärder. Åtgärder för att förhindra eller kontrollera sprickbildningen i ung betong inriktas på att minimera såväl temperaturskillnaden inom gjutetappen som skillnaden i temperatur mellan nygjuten konstruktion och anslutande befintliga konstruktionsdelar, Bernander & Emborg, (1994). Dessa åtgärder kan även gå ut på att gjutfogar anordnas och gjutordning ändras för att minska graden av tvång inom konstruktionen, Bernander & Emborg, (1994). I kommande avsnitt presenteras åtgärder som kan vidtas för att förhindra eller kontrollera sprickbildningen i ung betong. Många av åtgärderna kan vara mycket kostsamma, Pettersson (1998)