ANVÄNDNING AV ALKALIREAKTIV BALLAST I BETONG

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "ANVÄNDNING AV ALKALIREAKTIV BALLAST I BETONG"

Emil Ivarsson
för 5 år sedan
Visningar:

1 ANVÄNDNING AV ALKALIREAKTIV BALLAST I BETONG CBI-dagen 15 mars 2017 Karin Appelquist Research Institutes of Sweden SAMHÄLLSBYGGNAD CBI BETONGINSTITUTET

2 Användning av alkalireaktiv ballast i betong Vad är ASR? Hur ser det ut i Sverige idag avseende ASR? Vilka provningsmetoder bör vi förhålla oss till? Vad är ett performance test? Hur vet vi att man kan lita på laboratorieprovningar? Åtgärder för att minimera ASR 2

3 Alkali-Silika Reaktioner (ASR) =Alkali-Kisel Reaktioner (AKR) +Ca SiO 2 SiO 2 Reaktiv kisel/silika i ballast (mikro-/kryptokristallin/amorf kvarts) ASR-gel (Na,K) 2 SiO 3 H 2 O Na,K Alkalier från cement, vissa ballasttyper, tösalter, havsvatten mm Na,K H 2 O H 2 O Vatten - fungerar både som reaktant och transportmedium

Effekten av ASR Svällande gel -> sprickbildning ->

kraftig sprick-bildning Luftpor fylld med ASR-gel

4 Effekten av ASR Svällande gel -> sprickbildning -> konstruktioners bärighet äventyras Ballast-korn med kraftig sprick-bildning Luftpor fylld med ASR-gel Tunnslip i fluorescerande ljus med sprickbildning orsakad av ASR. (Ytan 2,1 x 2,8 mm 2 ). Sprickbildning med typiskt ASR-mönster (map-cracking). Pelare med sprickbildning orsakad av ASR.

5 Hur ser det ut i Sverige idag? 8% 27% Broar Kraftverk 54% 11% Byggnader Dammar Första fallen upptäcktes på 70-t Dagens fall vanligen ej så allvarliga Ser allvarlig ASR i främst äldre konstruktioner, från 60- och 70-t Relativt ovanligt med ASR tack vare användningen av låg-alkaliska cement

6 Ballasttyper i Sverige Reaktivitet Idag skiljer man mellan snabboch långsamt alkali-reaktiv ballast (SS :2015) Förslag på ny indelning: Snabb-reaktiv (A) Medel-reaktiv (B) Långsamt reaktiv (C+D) 6

7 Ex på alkalisilika-reaktiva ballasttyper i Sverige Hälleflinta Mylonit/kataklasit Heterogen sandsten Protomylonit Sparagmit Gråvacka Kalksten med flinta Finkornig vulkanit Tunnslipsfotografier av alkalireaktiva ballasttyper, i polariserande ljus. Bildytan 2,1 x 2,8 mm.

8 SS :2015 Betong Användning av SS-EN 206 i Sverige Ballast till betong som ska användas i fuktiga miljöer får inte innehålla alkalireaktiva mineral i sådan mängd att betongkonstruktionens bärförmåga, stadga eller bärighet äventyras. För betong till kategori E1 krävs inga särskilda åtgärder, men för användning i kategori E2 eller E3 ska ballasten utvärderas och provas. Metoder för expansionsprovning: RILEM AAR-2 RILEM AAR-3 NT BUILD 295 CBI-metod nr 1 Om ballasten vid den petrografiska analysen innehåller Snabbreaktiva komponenter eller Mer än 15% potentiellt långsamt alkalireaktiva komponenter SKA ballastens alkalireaktivitet utvärderas E1: Betongen skyddad från utvändig fukt E2: Betongen utsätts för fukt E3: Betongen utsätts för fukt och ytterligare förvärrande faktorer (t.ex. tösalter)

9 Rekommenderas i SS :2015 Standardmetoder för ballast avseende ASR Typ av provning Petrografisk analys RILEM ENmetoder RILEM AAR-1 ASTM Kanada Sverige Norge Danmark Storbritannien Tyskland Frankrike/ Schweiz EN ASTM C295 CSA 2009, A A SP metod 1441 NB 32, App C TI-B 52 BS Referensprovningar, har företräde framför resultat från andra provningar Sydafrika Ultra-accelererad bruksprovning i NaOH, 80 C RILEM AAR-2 ASTM C1260 CSA 2009, A A SP metod 1666 NB 32, App D DAfStb Alkali Guideline, Part 3 NBRI-M Accelerated test method Accelererad bruksprovning i NaCl, 50 C Accelererad bruksprovning i ånga, 150 C NT BUILD 295 TI-B 51 AFNOR P Accelererad betongprism-metod, 38 C RILEM AAR-3 ASTM C1293 CSA 2009, A A NB 32, App E BS Accelererad betongprism-metod, 60 C RILEM AAR-4 DAfStb Alkali Guideline, Part 3 Accelererad betongprism-metod, 50 C i saltlösning CBI metod nr 1 DAfStb Alkali Guideline, Annex B Kemiska metoder ASTM C289 (indragen) TK 84 DAfStb Alkali Guideline, Part 2 Lätta korn DS Kritisk absorption 9 TI-B 75

10 Utveckling av performance test för ASR - Val av provningsmetod Typ av provning RILEM ASTM Kanada Sverige Norge Frankrike/ Schweiz Ultra-accelererad bruksprovning i NaOH, 80 C ASTM C1567 Användningsområde: Kritiska alkalihalter i Portland cement för användning av specifik ballast i betong Accelererad bruksprovning i 38 C Accelererad betongprismmetod, 38 C Accelererad betongprismmetod, 60 C Accelererad betongprismmetod, 50 C i saltlösning RILEM AAR-3 RILEM AAR-4 ASTM C 227 CSA 2009, A A 2) CBI metod nr 1 NB 32, App F Fält-test NB 32, App G AFNOR P Utvärdering av nya bindemedelskombinationer Bestämning av kritiska halter puzzolana tillsatsmaterial för att hindra ASR Bestämning av kritiska alkalihalter i olika bindemedelskombinationer Specifika betongrecept 10 Mest lämplig för kategori E3

11 Utveckling av performance test för ASR Provuppställning för RILEM AAR-3 & -4 Ballastsorter och alkalihalter Alkali -halt Kg/m 3 Na 2 O ekv % Cement CEM I 42,5 LA ) CEM I 42,5 LA ) CEM I 42,5 LA CEM II/A-LL 42,5 R CEM I 52,5 R ) Metaryolit 1) Kommande provningar 2) Förhöjd m.h.a. tillsatt NaOH lösning 3) Olika batcher Granit Mylonit Naturgrus F Naturgrus H 3A 5A 6A 7A 8A 16A 3B 5B 6B 3C 5C 6C 7C 8C 16C 7S 3D 5D 6D 7D 8D 16D CEM I 42,5 3E 5E 6E 7E 8E 16E Naturgrus M 1) Bindemedelskombinationer Alkali halt 1) Kg/m 3 Na 2 O ekv 2) % Cement Tillsatsmaterial Metaryolit Naturgrus H 2,0 0,55 CEM II/A-V LA 14% flygaska + 4% kalksten fabriksblandad 3,3 1,02 CEM II/A-V 52,5 N 14% flygaska + 4% kalksten fabriksblandad 4,5 1,19 CEM I R 42,5 R 15% flygaska 3V1 8V1 3,7 1,19 CEM I R 42,5 R 30% flygaska 3V1a 8V1a 3,7 1,19 CEM I R 42,5 R 30% slagg 3S1 8S1 1) Alkalier från tillsatsmaterial (SCMs) ej medräknade i alkalihalten. 2) Na 2 O ekv bestämd i Portland cement-delen 3VA 3V 8V 11

Expansion RILEM AAR-2 (%) Utveckling av performance test för ASR Screening-test för lämplig ballast till projektet 0,45 0,35 Metarhyolite Mylonite Reference granite Reference granite B

12 Expansion RILEM AAR-2 (%) Utveckling av performance test för ASR Screening-test för lämplig ballast till projektet 0,45 0,35 Metarhyolite Mylonite Reference granite Reference granite B Glaciofluvial gravel F Glaciofluvial gravel G1 Glaciofluvial gravel G2 Glaciofluvial gravel G3 Glaciofluvial gravel H Glaciofluvial gravel M 0,25 Sample F-G 0,15 0,05-0, Time (d)

13 Expansion RILEM AAR-3 (%) Utveckling av performance test för ASR Kritisk alkalihalt för specifik ballast 0,20 2,4 3 0,15 3,5 4,5 5,4 RILEM AAR-3: 0,10 Metavulkanit (Trehörna) + alkalihalter 2,4-5,4 kg/m 3 0,05 0, Time (d) 13

14 Expansion (%) Expansion (%) Utveckling av performance test för ASR Utvärdering av bindemedelskombinationer RILEM AAR-3 0,20 0,15 0,10 Metarhyolite std method Metarhyolite+CEM II A-V Metarhyolite+CEM II A-V LA Metarhyolite + CEM I + 15% FA Metarhyolite + CEM I + 30% FA Metarhyolite + CEM I + 30% slag Metarhyolite + CEM I LA RILEM AAR-4 0,05 0,04 0,03 Metarhyolite std method Metarhyolite+CEM II A-V Metarhyolite+CEM II A-V LA Metarhyolite + CEM I + 15% FA Metarhyolite + CEM I + 30% FA Metarhyolite + CEM I + 30% slag Metarhyolite + CEM I LA 0,02 0,05 0,01 0,00 0,00-0, , Time (d) Time (d) 14

15 Validering av laboratorieprovningar PARTNER: Europeisk ASR-studie 15 år gamla provkroppar En svensk ryolit resterande ballast från övriga världen Ingen tillsatt luft -> frostproblematik 15

16 Validering av laboratorieprovningar - Fältprovningar Träslövsläge (marin miljö) Riksväg 40 (tösalter) Borås skogen (inga externa alkalier) 16

17 Validering av laboratorieprovningar Provning av ballast från skadad / icke skadad konstruktion 17

Åtgärder för att minimera ASR Användning av oskadlig

specifika alkalihalter för specifik ballast Användning av

dokumenterad effekt att mildra ASR Bestämning av kritiska

Deformerad ortognejs (i fluorescerande UV-ljus t.v.

18 Åtgärder för att minimera ASR Användning av oskadlig ballast Reducerad alkalihalt i betong & upprättande av specifika alkalihalter för specifik ballast Användning av tillräcklig mängd tillsatsmaterial, vilka har en dokumenterad effekt att mildra ASR Bestämning av kritiska alkalihalter med olika bindemedelskombinationer Överst: Deformerad ortognejs (i fluorescerande UV-ljus t.v. och polariserande ljus t.h.). Underst: Protomylonit. Varje bildruta 2,1 x 2,8 mm. 18

19 Åtgärder för att minimera ASR Viktigt att beakta det svenska regelverket! Rekommenderade nivåer tillsatsmaterial (SCM) för att stävja ASR internationellt 1-2 : 20-30% naturliga puzzolaner 17-30% flygaska 32-50% granulerad masugnsslagg 10-12% kiselstoft eller metakaolin 19 1 NB21 Durable Concrete with Alkali Reactive Aggregates (Norsk standard) 2 Fournier B., Nkinamubanzi P.-C., Chevrier R., 2004, Comparative Field and Laboratory investigations on the Use of Supplementary Cementing Materials to Control Alkali-Silica Reaction in Concrete, Proceedings of the 12 th International Conference on Alkali-Aggregate Reaction in Concrete (ICAAR), Beijing, China, October 2004

20 Åtgärder för att minimera ASR Ballast till betong i kategori E2 som inte innehåller högreaktiva komponenter (t.ex. flinta), kan användas om Halten alkali begränsas till max 3,0 kg/m 3 eller Ett lågalkaliskt cement av typ CEM II eller CEM III som uppfyller kraven i används 20

21 Åtgärder för att minimera ASR Hållbart samhällsbyggande med beständig betong Projekt för framtagande av riktlinjer för ASR Ny vägledningsrapport för ASR Publicering i Svenska Betongföreningens rapportserie Implementering i SS Aktörer från forskningsinstitut, myndigheter, ägare, konsulter, ballast-, cement- & betongindustrin Finansieras av SBUF, BeFo, Energiforsk, Trafikverket, Cementa, Svensk Betong och Rebet 21

22 Åtgärder för att minimera ASR Användning av alkalireaktiv ballast parametrar att ta hänsyn till Ballasttyp / reaktivitet Kritisk alkalihalt Bindemedel Miljöklass/exponeringsmiljö (särskilt fukt/externa alkalier) Livslängd 22

23 TACK! Karin Appelquist Research Institutes of Sweden SAMHÄLLSBYGGNAD CBI BETONGINSTITUTET

Relevanta dokument

Hållbart samhällsbyggande med beständig betong En ny vägledningsrapport tar form

Hållbart samhällsbyggande med beständig betong En ny vägledningsrapport tar form Hållbart samhällsbyggande med beständig betong Innehåll dagens presentation Ny vägledningsrapport för undvikande av ASR