Möjligheter och fördelar med plattrambroar utförda i modern injekteringsbetong och rostfri armering

Transkript

1 Möjligheter och fördelar med plattrambroar utförda i modern injekteringsbetong och rostfri armering Opportunities and benefits of slab-frame bridges cast in modern prepact concrete and stainless steel reinforcement Författare: Niklas N. Bergström och Viktor Bodin Uppdragsgivare: Projektengagemang AB Handledare: Jonatan Paulsson-Tralla, Projektengagemang AB Johan Wiberg, KTH ABE Examinator: Sven-Henrik Vidhall, KTH ABE Examensarbete: 15 högskolepoäng inom Byggteknik och Design Utbildningsenhet: KTH, ABE, Byggvetenskap, avd för Byggteknik och Design Godkänd: Serienummer: 2011;28 ABE

2

3 Förord Detta examensarbete är av den jämförande och undersökande typen. Arbetet redogör fördelar respektive nackdelar med att utforma plattrambroar i modern injekteringsbetong istället för konventionell anläggningsbetong. Arbetet är genomfört av Niklas N. Bergstöm och Viktor Bodin, Kungliga Tekniska Högskolan. Vi vill rikta stort tack till Tekn Dr. Johan Wiberg (Kungliga Tekniska Högskolan), som handledare visat stort intresse för detta examensarbete och bidragit med idéer och kunskaper inom ämnet. Tekn Dr. Jonatan Paulsson-Tralla (Projektengagemang AB), som handledare bidragit med kunskaper och tekniskt rådgivning om allt vad gäller betong och broar. Mattias Svedell (NCC AB), som bidragit med kunskap om modern injekteringsbetong och tillvägagångssätt vid produktion. i

4 ii

5 Sammanfattning När en ny plattrambro byggs påverkas miljön på ett negativt sätt, detta eftersom den kräver stora mängder betong och armeringsstål. En av betongens huvudsubstanser är cement som står för en betydande del av det globala koldioxidutsläppet. Även stålet släpper ut en stor mängd koldioxid vid tillverkning. Plattrambroar dimensioneras ofta efter L100 vilket innebär en förväntad livslängd på 120 år. Men med dagens utförande på plattrambroar är det svårt att uppnå den förväntade livslängden då broarnas beläggning och kantbalkar slits sönder efter 30-40år. Denna rapport tar upp nya lösningar på plattrambrons konstruktion där modern injekteringsbetong kommer att användas istället för den konventionella anläggningsbetong som idag används för att bygga plattrambroar. Den moderna injekteringsbetongen har många fördelar jämfört med en konventionell anläggningsbetong. Dels används en grövre ballast i injekteringsbetongen, vilket medför en mindre krympning. Den moderna injekteringsbetongen har även en lägre cementhalt vilket är fördelaktigt ur miljösynpunkt. När en plattrambro gjuts med modern injekteringsbetong väljs i detta fall beläggningen bort för att kunna dra ner på underhåll. Istället ökas täckande betongskiktet med 10 mm för att klara av slitaget från vägtrafiken som belastar den. Även rostfri armering kommer att placeras i bron gjuten med modern injekteringsbetong för att inte riskera att armeringen utsätts för korrosion. Rapporten visar att besparingar kan göras både med avseende på kostnad och likaså miljö. Detta genom att ändra det material och det geometriska utförandet vid projektering och produktion av en plattrambro. Plattrambro, modern injekteringsbetong, rostfri armering, betong, koldioxid. iii

6 iv

7 Abstract When a new slab-frame bridge is being built the environment is affected in a negative way. This is because it requires a large amount of concrete and reinforcement. One of concrete s main ingredients is cement which stands for a significant share of the global carbon dioxide emissions. Also the steel is emitting a large amount of carbon dioxide in the production. Plattrambroar dimensioneras ofta efter L100 vilket innebär en förväntad livslängd på 120 år. Men med dagens utförande på plattrambroar är det svårt att uppnå den förväntade livslängden då broarnas beläggning och kantbalkar slits sönder efter 30-40år. Slab-frame bridges are often designed for L100, which means a life expectancy of 120 years. But with today s version of slab-frame bridges it is difficult to achieve when the coating and edge beams are torn after years. This report discusses new solutions to the construction of the slab-frame bridge, where modern prepact concrete will be used instead of the conventional construction concrete that today is used to build a slab-frame bridge. The modern prepact concrete has many advantages over the conventional construction concrete. Firstly, coarse aggregate is used in the prepact concrete which results in less shrinkage. Secondly, the production of modern prepact concrete uses much less cement content which is beneficial from an environmental standpoint. When a slab-frame bridge is cast with modern prepact concrete the coating will in this case be removed in order to cut down on the maintenance. Instead the concrete cover layer will be increased by 10 mm to manage the wear from road traffic. Also stainless steel reinforcement will be placed in the bridge cast with modern prepact concrete to avoid the risk of reinforcement exposed to corrosion. The report shows that savings can be made both in terms of cost and also the environment. This is by changing the materials and the geometric arrangements for the design and construction of a slab-frame bridge. Slab-frame bridge, modern prepact concrete, stainless steel reinforcement, concrete, carbon dioxide. v

8 vi

9 Beteckningar A c,eff A p A s A sl A sw b b w c C Rd,c d E cm E s f bd f cd f ck f ct,eff f yd f ywd h Area hos betongen som omger armering eller spännarmering Area hos förspänd eller efterspänd armering Armeringsmängd Arean hos den dragarmering som når minst l bd + d bortom betraktat snitt Tvärkraftsarmeringens area inom längden s (en enhet) Bredd Tvärsnittets minsta bredd inom dess dragna del Täckande betongskikt för långsgående armering 0,18 / γ c (= 0,12 för varaktig/tillfällig dimensioneringssituation) Effektiva höjden av ett tvärsnitt Elasticitetsmodulens medelvärde för betong Dimensioneringsvärde på elasticitetsmodulen Vidhäftningshållfasthet Dimensionerande värde för betongens tryckhållfasthet Karakteristiskt värde för betongens cylinderhållfasthet (28 dagar) Medelvärdet av draghållfastheten hos betong vid den tidpunkt då sprickorna först kan förväntas uppstå: f ct,eff = f ctm eller lägre, (f ctm (t)), om sprickbildning förväntas efter 28 dagar Dimensionerande sträckgräns av armering Dimensioneringsvärde för tvärkraftsarmeringens sträckgräns Höjd på tvärsnitt k 1 2,0 k 1 Enligt NA eller rekommenderat värde k 1 Parameter som tar hänsyn till vidhäftningsegenskaper k 2 Parameter som tar hänsyn till fördelning av töjningar k 3 Återges i NA (rekommenderat värde 3,4) k 4 Återges i NA (rekommenderat värde 0,425) k t Parameter som beror på lastvaraktighet L Längd gjutetapp l bd Dimensionerande förankringslängd l b.min Minsta förankringslängden om inga andra begränsningar gäller m Relativa momentet vii

10 viii

11 m bal M ed Relativa momentet för balanserat tvärsnitt Dimensionerande moment s Avstånd mellan armeringsenheter S r,max Största sprickavståndet v 1 Reduktionsfaktor för betong med skjuvsprickor V Ed Dimensionerande tvärkraft v min Längsgående armering på dragen sidan och en längd > (l bd +d) efter antaget snitt V Rd,c Dimensionerande tvärkraftskapacitet för bärverksdelar utan tvärkraftsarmering V Rd,max Dimensionerande tvärkraftskapacitet V Rd,s Dimensionerande tvärkraftskapacitet för bärverksdelar med vertikal tvärkraftsarmering W k Sprickvidd W t Tillåten sprickvidd z Inre hävarm x Neutrala lagrets höjd α 1 Parameter som tar hänsyn till effekten av stängernas form α 2 Parameter som tar hänsyn effekten av betongens minsta täckskikt α 3 Parameter som tar hänsyn till effekten av tvärgående armering som inte är svetsad α 4 Parameter som tar hänsyn till effekten av en eller flera tvärgående armeringsjärn som är svetsade inom den dimensionerade förankringslängden α 5 Parameter som tar hänsyn till tryckspänning i tvärgående spjälkningsplan inom den dimensionerande förankringslängden α e Kvoten E s /E cm α cw ε cm Koefficient som beaktar inverkan av eventuell tryckspänning Betongens medeltöjning mellan sprickor ε sm Armeringens medeltöjning under aktuell lastkombination, inklusive inverkan av påtvingade deformationer och med beaktande av betongtöjningen mellan sprickor. Här beaktas endast tillkommande armeringtöjning utöver den vid nolltöjning i betongen på samma nivå θ Vinkeln mellan betongtrycksträvan och samma balkaxel ix

12 x

13 ξ 1 ρ ρ 1 ρ p,eff σ cp σ s σ sd υ ω ω bal Justerad kvot mellan vidhäftningshållfasthet hos spännarmering och slakarmering Armerings mängden 0,02 ξ, Normalspänning orsakad av yttre last eller förspänning Dragspänningen i armeringen Den dimensionerande armeringsspänningen i den punkt där farankringslängden börjar Reduktionsfaktor mht uppsprickning pga. tvärkraft Armeringsdiameter (stång) Mekaniska armeringsinnehållet Mekaniska armeringsinnehållet för balanserat tvärsnitt xi

14 xii

15 Innehåll 1. Inledning Bakgrund Syfte och mål Avgränsningar Metoder Nulägesbeskrivning Faktainsamling Betong Modern injekteringsbetong Armering Rostfri armering Dagens plattrambroar Användning av injekteringsbetong i produktion Stora underhållskostnader på dagens broar Metod Framtagande av mängd byggnadsmaterial Kostnader Underhållskostnader Miljöpåverkan Produktion Analys Livslängd Kostnad Miljö Produktion Slutsatser Förslag på fortsatta studier Källor Bilagor xiii

16 xiv

17 1. Inledning 1.1 Bakgrund Av Sveriges alla broar så är plattrambroar bland den vanligast förekommande bron. Den används som såväl gång- och cykelbro som trafik- och järnvägsbro. Den ständigt växande vägtrafikens volym i dagens samhälle har ökat påfrestningen på landets vägar. Detta har medfört att belastningen på landets vägbroar även har blivit större än vad de egentligen var tänkta för. Broarnas beläggning har till följd av detta slitits allt för fort och brobaneplattan har exponerats för skadliga ämnen. Förvaltaren av Sveriges statliga broar är Trafikverket och de står även för kostnaderna vid renovering och reparation. Enligt Trafikverket går 700 Mkr/år åt till att upphandla underhållsarbeten 1 och en stor del av den kostnaden går till att byta ut beläggning och kantbalkar på bron. Kostnad för byte av beläggning och kantbalkar kan variera väldigt mycket beroende på var renoveringen äger rum. Är bron belägen centralt i en större stad kan detta ge upphov till att trafik måste omdirigeras, alternativt att arbetet utförs nattetid. Om bron är belägen på en mindre trafikerad väg har arbetet med renoveringen en mindre inverkan på trafiken. Oavsett drabbas samhället och trafikanter när broar måste stängas av eller trafik måste ledas om till ett körfält. Dessutom ger dessa underhåll negativ inverkan på miljön och kostar Trafikverket mycket pengar. Den vanligaste utformningen av beläggningen på vägbroar är slitlager av asfalt, bindlager av gjutasfalt, skyddslager av betong, tätskikt av bitumenbaserad armerad tätskiktsmatta, alternativt asfaltmastix eller härdplast 2,3. Trafikverket skriver i TR Bro utformningar optimeras så att material som inte är förnyelsebara eller som kräver mycket energi vid framställning inte används i onödigt stor omfattning. I TK Bro skriver Trafikverket Broar ska utformas på sådant sätt att minsta möjliga miljöpåverkan uppstår. Dessa råd och krav är svåra att leva upp till, men genom att hitta alternativa lösningar eller göra modifieringar på beläggningens konstruktion och brobaneplattans utformning, kan livslängden ökas. Samtidigt som kostnader och miljöpåverkan minskar. Under 1940-talet utvecklades injekteringsbetongen i USA. Metoden bygger på att en gjutform fylls med ballast och armering. Därefter fylls formen med injekteringsbruk. Metoden användes i Sverige mellan , främst vid gjutning av fundament och tunnlar 4. Metoden har de senaste åren förbättrats och gjutningar med modern injekteringsbetong har påvisat mindre krympning och värmeutveckling än vid gjutning med konventionell betong. 4 1 Trafikverket. Underhåll av broar < ochunderhalla/vag/drift och underhall/om drift och underhall/underhall av broar/> Edwards Ylva CBI nytt Tätskikt för brobaneplattor av betong. 3 Svensk Byggtjänst AMA anläggning Paulsson Tralla. Jonatan Bygg & teknik 7/10. Modern injekteringsbetong. 1

18 Detta beror bland annat på att den moderna injekteringsbetongen har en högre stenhalt och en lägre cementhalt än konventionell betong 4. Eftersom den moderna injekteringsbetongen har så pass liten krympning så reduceras även antalet sprickor. De få sprickor som eventuellt kan bildas kan dock släppa igenom ämnen som är skadliga för armeringen. En lösning på detta problem är att använda rostfritt armeringsstål istället för vanligt armeringsstål. Skillnaden mellan rostfritt armeringsstål och vanligt armeringsstål är främst att det rostfria armeringsstålet inte är känsligt för kloridinträngning, som annars är en orsak till att armering korroderar. Nackdelen med rostfritt stål är dock att kostnaderna är flera gånger högre än för vanligt armeringsstål, vilket kan vägas upp mot en utökad livslängd för bron samt att tätskit inte behöver läggas på brobaneplattan för att skydda armering. Modern injekteringsbetong, tillsammans med rostfritt armeringsstål, skulle i teorin resultera i en brobaneplatta där ingen beläggning behövs. 1.2 Syfte och mål Målet med detta arbete är att modellera ett antal plattrambroar, en del utförda med konventionell anläggningsbetong och en del utförda med modern injekteringsbetong. Dessa ska ha kravet L100, vilket innebär en förväntad livslängd på 120 år. Dock ska plattrambroar utförda med modern injekteringsbetong behöva mindre drift- och underhållsarbeten och påverka miljön så lite som möjligt. Även de metoder som används vid gjutning ska studeras och utvärderas. 1.3 Avgränsningar Detta är ett arbete av den jämförande och undersökande typen. Rapporten belyser främst en plattrambro avsedd för vägtrafik, där fokus ligger på att skapa en bro som blir så underhållsfri som möjligt och där ingen beläggning eller kantbalkar kommer att behövas. Broarna kommer att dimensioneras enligt gällande normer. Jämförelser kommer att göras mellan en typisk plattrambro utförd på konventionellt sätt och broar som dimensioneras med modern injekteringsbetong, rostfritt armeringsstål och spännarmering. Detta med avseende på: Livslängd och frågeställningen om en plattrambro gjuten med modern injekteringsbetong och utan beläggning, kräver mindre underhåll än en plattrambro gjuten med konventionell betong? Kostnad och frågeställningen om totalkostnaden bli mindre vid utförande av en plattrambro med modern injekteringsbetong och rostfri armering? Miljö, hur påverkar injekteringsbetongen miljön jämfört med konventionell betong? Kommer en minskad mängd armering ge en positiv inverkan på miljön? Produktion, nackdelar respektive fördelar med att gjuta med injekteringsbetong? 1.4 Metoder Inledningsvis genomförs litteraturstudier på tidigare arbeten och forskning inom området injekteringsbetong och dess egenskaper. Även gällande normer och råd för dimensionering av 2

19 broar studeras. Undersökning av konstruktion på dagens plattrambroar genomförs med fokus på brobaneplatta och beläggning. Besök vid liknande byggnationer genomförs där konstruktionslösningar observeras och eventuella skador dokumenteras. Besök görs vid pågående produktion för att studera gjutmetoden när modern injekteringsbetong används. Involverade parter från konstruktörssidan och från produktionssidan intervjuvas för att få mer information angående materialets egenskaper och beständighet. För att enkelt kunna ta fram egenskaper vid olika konstruktionslösningar tas en mall fram för modellering av en meterstrimla plattrambro. Meterstrimlan ska kunna dimensioneras med avseende på flera variabler, t.ex. tjocklek och längd. Olika konstruktionslösningar (de innefattar både de konventionella och de som erhålls i beräkningsmallen) jämförs ur fyra huvudsakliga aspekter: Livslängd Kostnad Miljö Produktion Data sammanställs och jämförs. För de modeller som anses vara viktiga och där det tekniska utförandet vill beskrivas ytterligare, kommer tvärsektioner att ritas upp i CAD program. För- och nackdelar med de olika konstruktionslösningarna utvärderas. 1.5 Nulägesbeskrivning Projektengagemang AB grundades år 2006 och är en konsultkoncern med 19 dotterbolag alla med stort projektkunnande inom sitt område. Totalt har hela koncernen drygt 250 medarbetare. Företaget erbjuder både specialistkompetens och helhetslösningar inom olika områden, däribland byggnader, infrastruktur, energi och industri. 5 Projektengagemang jobbar mot tydliga kvalitets- och miljömål. Företaget är även certifierat enligt SS-EN ISO 9001:2008 och SS-EN ISO 14001:2004. Detta arbete genomfördes på bolaget anläggningsunderhåll som i huvudsak arbetar med drift och underhåll av stål- och betongkonstruktioner. 5 Gustavsson Per-Arne , Nyhetsbrev 24. <

20 4

21 2. Faktainsamling 2.1 Betong Betong är ett av de vanligaste byggnadsmaterialen inom den svenska byggsektorn. Den används i husbyggnad och i många former av infrastruktur. Mer än 80 % av brobyggnaderna har idag en överbyggnad av betong 6. Två av betongens viktigaste egenskaper är dess höga hållfasthet och beständighet. Betong består till stor del av sten vilket gör att materialet tar tryckkrafter alldeles utmärkt och att livslängden utan problem kan vara över 100 år. Vanligaste sättet, och mest förekommande vid gjutning med konventionell betong, är att betongen blandas på fabrik och sedan körs ut till arbetsplatsen med betongbil. De tre huvudbeståndsdelarna i betong är cement, ballast och vatten. Den del av betongen som står för den största miljöpåverkan vid tillverkning är cementen. Huvuddelen av cement är kalksten tillsammans med lera. Anledningen till att cement har en så stor miljöpåverkan är dess kemiska process vid tillverkning. Det finns två metoder vid tillverkning av cement; våtmetoden och den vanligaste, och minst energikrävande nämligen torrmetoden. Torrmetoden går ut på att materialet finmals och sedan bränns i långa svagt lutande ugnar. Vid brännzonen i ugnen ligger temperaturen runt 1450 o C. Efter förbränning mals produkten som kallas för cementklinker tillsammans med ca 5 % gips till cement. När råmaterialen bränns avgår kolsyra (CO 2 ) ur kalkstenen (CaCO 3 ) som övergår till kalciumoxid (CaO). I råmaterialen förekommer även kiseloxid (SiO 2 ), aluminiumoxid (Al 2 O 3 ) och järnoxid (Fe 2 O 3 ). Dessa oxider bildar ett så kallat klinkermineral vid förbränning vilket är karakteristiska för cement 7. Se fullständig tillverkningsprocess enligt torrmetoden i Figur 2.1. Det är i huvudsak en konstruktions cementhalt och vattenhalt som är betydande för uppkomsten av temperatur- och krympsprickor. När betongen hårdnar bildas värme, när betongen sedan svalnar kontraherar betongen och drar ihop sig, varvid sprickor kan uppstå. När vattenhärdningen avbryts påbörjas betongens krympning vilket också ger upphov till sprickor. Ballast är ett samlingsnamn för det bergartsmaterial som används vid betongtillverkning. Ballasten består av sten, grus och sand och kommer vanligen från grus- och bergtäkter. Att använda ballast från dessa typer av platser orsakar både buller och att damm sprids. Betong kan i vissa fall återanvändas till fullo som fyllnadsmaterial 8. En tumregel för vatten som ska användas till betongtillverkning är att det skall vara fullt drickbart. Vatten med för hög salthalt bör alltså inte användas. Detta kan vara ett problem för länder där vattenbrist råder eller det är avsaknad av rent vatten. 6 AB Svensk Byggtjänst och Cementa AB Betonghandboken material. 7 Burström Per Gunnar och studentlitteratur 2001, Byggnadsmaterial uppbyggnad, tillverkning och egenskaper. 8 Gillberg. Björn m.fl Betong och miljö fakta från betongforum. 5

22 För tillverkning av 1 m 3 betong krävs ca 2 ton ballast, 450 liter vatten och 350 kg cement 9. Förutom detta krävs även ca 7 liter eldningsolja och dieselbränsle samt 15 kwh elkraft, för drift av fabrik. Även täktverksamhet, materialtransporter ingår i dessa data 9. Dessa värden gäller för hela produktionsprocessen. För framställning av cementen i 1 m 3 betong krävs ca 40 kg kol och 40 kwh el 9. Vid framställning av 1 ton cement så blir utsläppet av koldioxid (CO 2 ) ca 839,5 kg 10,11,12,13. Detta är ett medelvärde för utsläppen från fyra stora cementfabriker år Figur 2.1. Cementtilverkning enligt torrmetoden 14 9 Gillberg. Björn m.fl Betong och miljö fakta från betongforum. 10 Bilaga till HeidelbergCement Northern Europes hållbarhetsredovisning Skövdefabrikens informationsblad till närboende utsikt temanummer hållbarhet. 11 Bilaga till HeidelbergCement Northern Europes hållbarhetsredovisning Slitefabrikens informationsblad till närboende utsikt temanummer hållbarhet. 12 Bilaga till HeidelbergCement Northern Europes hållbarhetsredovisning Degerhamnfabrikens informationsblad till närboende utsikt temanummer hållbarhet. 13 Swerock AB Miljösmart byggande med betong. < AB Svensk Byggtjänst och Cementa AB Betonghandboken material. 6

23 2.2 Modern injekteringsbetong Under 1940-talet utvecklades injekteringsbetongen i USA. Metoden bygger på att en gjutform fylls med ballast och armering, därefter fylls formen med injekteringsbruk. Metoden användes som mest i Sverige mellan , främst vid gjutning av fundament och tunnlar 15. Metoden föll i glömska men de senaste åren har metoden förbättrats och gjutningar som gjorts med modern injekteringsbetong har påvisat att väsentligt mindre krympning och mindre värmeutveckling uppstår än vid gjutning med konventionell betong. 15 Detta beror bland annat på att den moderna injekteringsbetongen har en högre fraktion på ballast och en lägre cementhalt än konventionell betong 15. En mindre cementhalt bidrar även till en mindre miljöpåverkan. De tre huvudbeståndsdelarna i modern injekteringsbetong är som hos konventionell betong cement, ballast och vatten. Den innehåller även någon form av filler, till exempel slaggcement. Det som skiljer sig är dels utförandet vid gjutningen (se kapitel 2.6) och storleken på ballasten. Att gjuta med grövre ballast och mindre cementhalt begränsar den krympning som uppstår när cementen stelnar. Eftersom den grövre ballasten har direktkontakt mellan stenarna bidrar det med ett jämnt och utbrett mothåll i betongen och krympsprickor motarbetas, se figur 2.2. Vid 50 % RF kan krympningen minskas till 0,1, vilket kan jämföras med 0,6 till 0,8 för konventionell betong. Den låga krympningen är fördelaktig då det motverkar uppkomsten av krympsprickor i betongen, sprickor i betong kan göra det enklare för vatten att tränga ner till armeringsstålet och orsaka korrosion. Figur 2.2. Ballast i modern injeteringsbetong. Foto Jonatan Paulsson-Tralla. 15 Paulsson Tralla. Jonatan Bygg & teknik 7/10. Modern injekteringsbetong. 7

24 2.3 Armering Armeringsstålet tillverkas genom en rad olika processer. Först och främst behövs råvaror för att framställa järn. Dessa råvaror är järnmalm i form av t.ex. magnetit (Fe 3 O 4 ) eller hematit (Fe 2 O 3 ), men även stålskrot används för tillverkning av råstål 16. Det behövs även legeringsämnen för att få de egenskaper som önskas på stålet. Legeringsämnen kan vara t.ex. krom eller nickel 17. När järnmalmen är krossad anrikas den och slig bildas. Av sligen kan sedan pelletskulor göras. Dessa pelletskulor hettas upp i en masugn vilket reducerar malmen till järn genom att ta bort syret ur järnmineralerna med hjälp av koks. I insatsen blandas även ca 20 % skrot 18. Det flytande råjärnet förs sedan i flytande form till stålverket som tillverkar stål av det. På stålverket tillsätts också de legeringsämnen som behövs för att få önskade egenskaper hos stålet. Detta kallas för malmbaserad ståltillverkning eftersom råvarorna till stor del kommer från järnmalmen, ca 80 %. Malmbaserad ståltillverkning står för cirka två tredjedelar av Sveriges totala råståltillverkning 18. Vid ståltillverkning som baseras helt på stålskrot används så kallade ljusbågsugnar för smältning av skrotet. Energin som krävs för att smälta skrot är ca en femtedel av energin som går åt vid malmbaserad ståltillverkning 18. Skrotbaserad ståltillverkning står för cirka en tredjedel av Sveriges totala råstålstillverkning 18. Armeringsstål är stänger av kolstål som finns i olika diametrar, de vanligaste mellan 6-32 mm. Armeringen kan även ha olika ytstruktur. De kan vara helt släta, ha kammar eller vara profilerade. Armeringsstål med högre sträckgräns kräver en bättre vidhäftningsförmåga och har därför kammar som sitter tätare. För att enklare kunna skilja på de olika armeringsstålen klassificeras de efter sin ytstruktur, sträckgräns, seghetsklass samt om det är ett seghärdat stål 19. Ett exempel är B500BT, där det första B:et står för Betonstahl som betyder armeringsstål på tyska, 500 är stålets minsta övre sträckgräns i MPa det andra B:et anger stålets seghetsklass och T:et står för att stålet är seghärdat 19. En betongkonstruktion utan armering kan börja spricka av bara sin egenvikt och det kan bli ett plötsligt brott utan förvarning. Armering används i betongkonstruktioner för att öka dess hållfasthet och då främst dess draghållfasthet. Den hjälper även till att ta tryck- och skjuvspänningar som uppkommer när konstruktionen belastas. Den ska också minska sprickbildningen och fördela belastningen över hela konstruktionen. Om en högre draghållfasthet behöver uppnås kan dragarmeringen förspännas vilket kommer kräva en större belastning för att dragarmeringen ska uppnå maximal dragpåkänning. Det vanligaste är dock ospänd dragarmering som är obelastad tills själva betongkonstruktionen belastas. Armering kan delas in i drag-, tryck-, skjuv-, sprick- samt fördelningsarmering. 16 Pettersson Harry. Råvaror. < Pettersson Harry. Råvaror. < Pettersson Harry. Metallurgi (råjärn och råstålsprocesser). < Burström Per Gunnar och studentlitteratur 2001, Byggnadsmaterial uppbyggnad, tillverkning och egenskaper. 8

25 Den största miljöpåverkan vid tillverkning av stål är utsläpp av koldioxid som frigörs när järnmalm reduceras till järn. Vid tillverkningen av ett ton stål släpps ungefär 890 kg CO 2 ut i luften. Andra utsläpp som skadar miljön är kväveoxider och svaveldioxid som kommer från tillverkningen av bl.a. koks. 2.4 Rostfri armering För att stål ska få kallas rostfritt krävs det att halten krom är minst 10,5 %. Ett mycket vanligt rostfritt stål är det som har legerats med 18 % krom och 8 % nickel. Detta kallas vanligen 18/8 rostfritt stål. 20 Om en betongkonstruktion skall byggas i en utsatt miljö, där den blir exponerad för klorider och andra föroreningar som får kolstål att korrodera, är rostfritt stål en bra lösning. Rostfri armering är dyrare, men tack vare en mycket längre livslängd än för kolstål, kommer pengar att sparas eftersom vanligt kolstål efter några hade behövt ett underhållsarbete. 2.5 Dagens plattrambroar Trafikverket förvaltar idag cirka vägbroar, varav ca är plattrambroar 21. I det efterföljande beskrivs hur den typiska plattrambron avsedd för trafik är uppbyggd. Överbyggnad - är den del av bron som tar upp den direkta lasten från den trafik som bron är till för. Primärkonstruktion i en plattrambro är dess brobaneplatta, som för ner krafterna till underbyggnaden. Underbyggnaden för sedan ner krafterna i bärkraftig mark. I underbyggnaden ingår ramben och bottenplatta. Plattrambroar kan även utföras med voter vid plattans stöd, dessa hjälper till att ta upp de momentkrafter som bildas i plattan. Nackdelen är dock att material- och arbetskostnaderna blir högre. De flesta plattrambroar avsedda för vägtrafik som byggs idag har beläggning på brobaneplattan. Beläggningen är till för att skydda konstruktionsbetongen. De delar som ingår i beläggningen är slitlager, bind- eller bärlager och tätskikt. Den vanligaste utformningen av beläggningen på vägbroar är slitlager av asfalt, bindlager av gjutasfalt, skyddslager av betong, tätskikt av bitumenbaserad armerad tätskiktsmatta eller asfaltmastix, alternativt härdplast 22,23. Slitlager är till för att ta det direkta slitaget från trafiken. Ett slitlager kan bestå av exempelvis asfaltbetong, grus eller betong. Bind- och bärlager fyller samma funktion, nämligen att fördela trafiklasten och utgöra ett skydd för underliggande tätskikt exempelvis vid byte av slitlager. För att skapa infästningar för räcken, samt leda undan vatten längs kanten på bron, gjuts i de flesta fall så kallade kantbalkar fast på brobaneplattan och i vissa fall en bit ner på vingmuren. Kantbalkarna utförs i samma konstruktionsbetong som brobaneplattan, men med lite eller 20 Widman Joakim Stålet och miljön. 21 Mörsell J, BaTMan HelpDesk Ärende fråga ang. antal broar. E post. batman@trafikverket.se Edwards Ylva CBI nytt Tätskikt för brobaneplattor av betong. 23 Svensk Byggtjänst AMA anläggning 07. 9

26 inget skydd alls av exempelvis tätskikt. Detta gör att kantbalkarna ofta kräver underhåll och reparationer. När broar projekteras i Sverige dimensioneras de ofta för L100, vilket innebär en förväntad livslängd på ungefär 120 år med lite eller inget underhåll alls. Detta är i dagsläget i princip omöjligt, då en bros beläggning och kantbalkar slits ut inom år. I produktion platsgjuts de flesta plattrambroar. 2.6 Användning av injekteringsbetong i produktion Renoveringen av gamla Årstabron startade under 2005 och förväntas bli klart Detta renoveringsprojekt är det enda just nu pågående projekt som använder sig av modern injekteringsbetong och därmed har både tjänstemän och anläggare goda kunskaper om metoden. Anledningen till att modern injekteringsbetong används istället för konventionell betong är dess höga hållfasthet och goda vidhäftningsförmåga, samt att temperatur- och krympsprickorna blir avsevärt mindre än vid konventionell betong. I dagsläget köps bruket in från Belgien och fraktas med lastbil till Sverige. Detta tillsammans med dess unika sammansättning gör att priset för 1 m 3 betong blir avsevärt högre än för konventionell betong. Anledningen till att bruket köps in från Belgien är att det inte finns någon annan som tillverkar bruk i samma kvalité. Att hitta en motsvarande producent i Sverige skulle öka konkurrensen vilket i sin tur skulle sänka m 3 priset. Även miljöpåverkan skulle minska pga. kortare transportsträckor 24. Vid gjutning med modern injekteringsbetong krävs att en tätare form upprättas än vid gjutning med konventionell betong. Detta eftersom bruket har en väldigt god inträngningsförmåga. Bruket kan tränga in i sprickor och ojämnheter ända ned till ca 1 mm 25. Att få en tätare form samt att fylla formen med ballast kan ta längre tid än att utföra en form på konventionellt sätt. När formen sedan ska fyllas blandas bruk och vatten till en cementpasta som sedan injekteras i formen. Vid gjutning vertikalt fylls formen nedifrån och upp vilket visas i Figur 2.3. Formen är full när bruk kommen ut ur de skvallerrör som finns placerade längst upp på formen se Figur 2.3. Formen tas bort efter 5-7 dagar och betongen har full hållfasthet efter ca 28 dagar. Gjutning med modern injekteringsbetong ger större friheter vad gäller tidpunkt för gjutning. Eftersom bruket finns på arbetsplatsen så sker gjutningen när armeringen är klar och formen är fylld med ballast, vilket visas i Figur 2.4. Vid gjutning på konventionellt sätt är det av stor vikt att armering och formar är klara till utsatt tid då beställd betongbil kommer. Nackdelen med modern injekteringsbetong är dock att det kräver stora förvaringsutrymmen för ballast, bruk och pumpar Svedell Mattias. Platschef gamla Årstabron. Intervju ang. gjutning med modern injekteringsbetong Paulsson Tralla. Jonatan Bygg & teknik 7/10. Modern injekteringsbetong. 26 Svedell Mattias. Platschef gamla Årstabron. Intervju ang. gjutning med modern injekteringsbetong

27 Figur 2.3. Gjutning vertikalt med modern injekteringsbetong. Här syns det att formen fylls nedifrån och upp. Skvallerrör är de gula rör som syns längst upp i mitten av Figur 2.3. Foto Niklas N. Bergström. Figur 2.4. Form avsedd för gjutning med modern injekteringsbetong som fyllts med ballast. Foto Niklas N. Bergstöm. 11

28 2.7 Stora underhållskostnader på dagens broar Trafikverket är förvaltare av Sveriges statliga broar. Det är även de som står för underhållskostnaderna. I snitt läggs ca 700 Mkr/år till att upphandla underhållsåtgärder 27. Enligt Trafikverket finns det ca broar avsvedda för vägtrafik i Sverige, varav är plattrambroar 28. Tätskiktet är den del av bron som är tänkt att skydda konstruktionsbetongen från skador orsakade av fuktinträngning. Men att underhålla och reparera just dessa är ett av Trafikverkets mest omfattande underhålls- och reparationsarbeten. I Tabell 2.1 visas utbyte av tätskikt under åren Värdena gäller för alla typer av vägbroar som Trafikverket förvaltar. Kostnad för byte av tätskikt kan variera kraftigt. Faktorer som spelar in är främst tiden mellan underhåll, men även hur utsatt bron är för trafik. En ungefärlig kostnad för byte av tätskikt och beläggning, då endast räknat på fräsning av gammalt material och applicerande av nytt, ligger kring 815 kr/m 2 (se kapitel 3.3). Medelvärdet av utbytt tätskikt år är m 2. Kostnaderna för utbyte av tätskikt blir då drygt 21,6 Mkr/år. En annan stor underhållskostnad på Svenska broar är de kantbalkar som fungerar som infästning för räcken (i vissa fall kan de ha viss bärande funktion men inte för plattrambroar). Vanliga skador som kan uppstå på kantbalkar är bland annat skador vid påkörning, smuts som har samlats mellan beläggning och kantbalk, inträngning av vatten mellan infästning av räcke och kantbalk och korrosion på armeringsstål till följd av för lite täckande betong vid droppnäsa. I Tabell 2.2 visas hur många löpmeter kantbalk som har reparerats och bytts ut under åren Värdena gäller för alla typer av broar som Trafikverket förvaltar. Tabell 2.1. Utbyte av tätskikt mellan åren Värdena gäller för alla typer av broar som Trafikverket förvaltar. År Utbyte av tätskikt [m 2 ] Trafikverket. Underhåll av broar < ochunderhalla/vag/drift och underhall/om drift och underhall/underhall av broar/> Mörsell J, BaTMan HelpDesk Ärende fråga ang. antal broar. E post. batman@trafikverket.se Mörsell J, BaTMan HelpDesk Fråga ang. renovering av vägbroar. E post. batman@trafikverket.se

29 Tabell 2.2. Reparation samt utbyte av kantbalk mellan åren Värdena är för alla typer av broar som Trafikverket förvaltar. Värdena är avrundade till hela löpmeter. År Element Aktivitet Summa löpmeter 2006 Kantbalk Betongreparation >30 70 mm Kantbalk Betongreparation > mm Kantbalk Betongreparation >110 mm Kantbalk Utbyte Kantbalk Betongreparation >30 70 mm Kantbalk Betongreparation > mm Kantbalk Betongreparation >110 mm Kantbalk Betongreparation >30 70 mm med sprutbetong Kantbalk Betongreparation >70 mm med sprutbtg Kantbalk Utbyte Kantbalk Betongreparation >30 70 mm Kantbalk Betongreparation > mm Kantbalk Betongreparation >30 70 mm med sprutbetong Kantbalk Utbyte Kantbalk Betongreparation 0 30 mm Kantbalk Betongreparation >30 70 mm Kantbalk Betongreparation 0 30mm med sprutbetong Kantbalk Utbyte Kantbalk Betongreparation 0 30 mm Kantbalk Utbyte 992 Medelvärdet av den mängd kantbalk kom Trafikverket har bytt ut mellan åren är löpmeter. Kostnaden för utbyte av kantbalk kan variera kraftigt kr/m 31 beroende på brons belägenhet. Kostnad för endast material till kantbalkar (300 mm x 400 mm) är ca 324 kr/m. Kostnad för endast material i kantbalkarna uppgår då nästan till 708 kkr/år. I de fall där det är konstruktionsmässigt och utförandemässigt möjligt att bygga broar utan beläggning och kantbalkar, skulle pengar kunna sparas. Det skulle även vara en fördel ur miljösynpunkt 30 Mörsell J, BaTMan HelpDesk Fråga ang. renovering av kantbalkar. E post. batman@trafikverket.se Paulsson Tralla Jonatan. Projektengagemang

30 14

31 3. Metod 3.1 Framtagande av mängd byggnadsmaterial För att säkra beständighet samt att undvika att broar byggs med bristande beständighet ska alla broar i Sverige projekteras efter samma normer. Från och med den 1 januari 2011 ska alla statliga broar i Sverige projekteras efter Eurocode med råd och krav från TK Bro med tillhörande TR Bro och TK Brounderhåll. De tre sistnämnda ska användas vid upphandling från och med den 1 juli För att jämföra totalkostnaderna på en bro utförd på konventionellt sätt och en bro utförd med modern injekteringsbetong och rostfri armering dimensionerades dessa utifrån gällande normer i Eurocode, TK Bro och TR Bro. Lasten som placerades på broarna var LM 1 i Eurocode. En mall 32 i det kommersiella beräkningsprogrammet Mathcad som beräknar moment, tvärkrafter och normalkrafter i broar med olika geometrier användes. Beräkningsgången redovisas i Bilaga A och geometrier i Bilaga B. Krafterna som redovisades ur programmet är i de kritiska snitten på bron, vid stöd och fältmitt på brobaneplattan, se Bilaga C. De olika krafterna sammanställdes i Excel och kombinerades enligt Eurocode, Bilaga D och de dimensionerande krafterna erhållna i Bilaga C. För att erhålla mängden böjarmering i brott- och bruksgränstillstånd och för att kontrollera sprickvidden på en meterstrimla plattrambro, användes programmet caeec206 -Armering brott- och bruksgränstillstånd 33. Värdena kontrollerades sedan mot gällande ekvationer i Eurocode och generella ekvationer för dimensionering av armerad betong, se ekv. (3.1), (3.2), (3.3) för armeringsmängd och ekv. (3.4), (3.5), (3.6) för sprickvidderna. Armeringsmängd. Relativa momentet: (3.1) Mekaniska armeringsinnehållet: (3.2) Armeringsarean: (3.3) 32 Wiberg Johan. KTH. Mall I mathcad som används i kursen Bridge Design på KTH. 33 Eurocodesoftware <

32 Sprickvidd.,,,,, E 0,6 E (3.4) om armeringen ligger med avstånd 5 2 i dragen zon annars, 1,3 (3.5) Sprickvidden:, (3.6) När mängden böjarmering var kontrollerad enligt gällande formler sammanställdes mängderna i Bilaga F. Detta så att det enkelt gick att bestämma den totala volymen armering i en bro. För att beräkna förankringslängden användes ekv. (3.7), (3.8) och (3.9). Med hjälp av förankringslängden kunde således en volym för denna erhållas och adderas till den totala böjarmeringen. Minsta mängd längsgående armering räknades ut med ekv. (3.10) och (3.11) och adderades till den totala armeringsvolymen. Ekvationer för förankringslängd. α α α α α,, (3.7), (3.8) För förankringslängd i dragen zon gäller:, 0,3, ; 10; 100 mm (3.9) Ekvationer för minsta mängd längsgående armering. 30K (3.10) (3.11) 16

33 Utformningen av tvärkraftsarmering sker på olika sätt i den konventionella bron och bron utförd med modern injekteringsbetong. Vanliga byglar placeras i den konventionella bron medan bron med modern injekteringsbetong förspänns. De olika utförandena gjordes för att undersöka om detta har någon större inverkan på brons egenskaper och totala mängd armering. Spännarmeringen skyddas av rostfria rör. Beräkning för mängd tvärkraftsarmering genomfördes enligt ekv. (3.12)-(3.16). Figur 3.1 beskriver beräkningsmodellen. Livtryckbrott utan tvärkraftsarmering: R, 0,5υ E (3.12) Skjuvglidbrott utan tvärkraftsarmering: R, R, k100 k σ E (3.13) Med minsta värde: R, k σ E (3.14) Livtryckbrott med tvärarmering: R, E (3.15) Dimensionerande tvärkraftskapacitet med tvärkraftsarmering: R, cotθ (3.16) Figur 3.1. Beräkningsmodell för bestämning av tvärkraftsarmeringens bidrag vid vertikala enheter 34 Mängden betong bestämdes utifrån geometrin på respektive bro. De konventionella broarna utfördes med tvärsnitt utan ursparning, medan broarna gjutna med modern injekteringsbetong utfördes med ursparningar, se Bilaga B. 34 Engström Björn m.fl Bärande konstruktioner del 1. 17

34 De konventionella broarna utfördes med en beläggning med höjden 0,29 m. Broarna som utfördes med modern injekteringsbetong har istället 0,01 m extra täckande betong som slitlager för att klara av en fräsning av spårbildning. Detta innebär att tvärsnittshöjden konstruktionsbetong på en konventionell bro och en bro utförd med modern injekteringsbetong är lika. Men på bron utförd med modern injekteringsbetong placerades de översta armeringsjärnen 0,01 m lägre än på en konventionell bro. Broarnas ramben dimensionerades med samma tjocklek som brobaneplattan och har inga voter. En kantbalk antogs sitta på de konventionella broarna men inte på de utförda med modern injekteringsbetong, där har infästningen av räcken lösts på annat sätt. Kantbalkarna har inte någon bärande funktion och armeras därför på ett enkelt sätt med fyra stycken Φ16 längsgående armeringsjärn, ett i varje hörn av balken, och byglar Φ10 med centrumavstånd 0,4 m längs kantbalken. Dimensionerna på balken antas vara 0,3x0,4 m 2 och balken löper på varsin sida av brobaneplattan och sedan 2 m in på vingmurarna. 3.2 Kostnader Kostnad för materialet på respektive bro beräknades utifrån de förutsättningar som råder idag. Konventionell betong: 2264 kr/m 3. Bilaga F. Modern injekteringsbetong: 3123 kr/m 3. Bilaga F. Armeringsstål: 6,5 kr/kg 35. Rostfritt armeringsstål: 45 kr/kg 35. Ballast: 150 kr/ton 36. Mängderna material erhölls från tidigare beräkningar. Priserna räknades sedan ut som ett pris per m 2 bro genom att dividera totalkostnaden för materialet med den totala arean av brobaneplatta och ramben (bottenplatta tas ej med i beräkningen). Produktionskostnad per m 2 bro sattes till kr 36 och adderades till priset per m 2 för materialet. De underhållkostnader som erfordras under brons livslängd, både material och underhållskostnader, adderas till priset för m 2 bro. Ingen hänsyn togs till inflation, utan kronan antogs vara lika mycket värd om 120 år som den är idag. I de broar som utförs med modern injekteringsbetong placerades rostfri armering på olika sätt i tvärsnitten, se Bilaga E. I det första alternativet placeras rostfri armering i hela bron. I alternativ 2 placerades rostfri armering endast i brons brobaneplatta, och i alternativ 3 placeras rostfri armering endast i brobaneplattans överkant. Detta görs för att undersöka om minskad mängd rostfri armering har någon större inverkan på det totala priset per m 2 bro. Prisjämförelse för olika tvärsnitt med olika utföranden på geometri, typ av armering och olika behov av underhåll beräknades för 120 år framåt. 35 Försäljare på Tibnor. Fråga ang. inköp av stor mängd armering Paulsson Tralla Jonatan. Projektengagemang

35 3.3 Underhållskostnader Vid dimensionering av broarna sattes ett krav på L100, vilket innebär en förväntad livslängd på ca 120 år. Den beläggning och tätskikt som användes i de konventionella broarna förväntades ha en livslängd på ca år 37. Kostnaden för byte av beläggning skattas utifrån priser som Trafikverket presenterat 37, se Tabell 3.1. Tabell 3.1. Priser och livslängd för olika typer av beläggning och tätskikt 36. Olika typer av beläggning och tätskikt Flytapplicerade tätskikt + beläggning Flytapplicerat tätskikt + ABT*, ABb** och ABS*** 870 kr/m 2 + täckskydd Livslängd 30 år Flytapplicerat tätskikt + PGJA**** och ABS*** 1125 kr/m 2 + täckskydd Livslängd 30 år Mastix och matta + beläggning Mastix eller tätskiktsmatta med ABT*, ABb** och ABS*** 370 kr/m 2 Livslängd 30 år Mastix eller tätskiktsmatta med PGJA**** och ABS*** 615 kr/m 2 Livslängd 30 år Metoder att ta bort befintlig beläggning Fräsning av befintlig beläggning 70 kr/m 2 Priset räknades som ett medelvärde av de olika typerna av beläggning och tätskikt, plus priset att ta bort befintlig beläggning. I priset ingår även utförandekostnader. Detta ger: kr/m 2 Lamellsågning av körbana för utjämning av spårbildning på broarna utförda utan beläggning, togs som ett skattningsvärde. Antaget två körfält á 4,5 m med ÅDT (Årlig Dygns Trafik) och ett spårdjup 0,23 mm per en miljon bilar 38 sattes kostnad för fräsning av 1 m 2 brobaneplatta sätts till 100 kr per m 2,39. Lamellsågning av spårbildning sker då spårdjupet uppgått till mm. 37 Sternö Elin Tätskiktsystem och direktgjuten slitbetong. < erno.pdf > Paulsson Tralla Jonatan Service life of repaired concrete bridge decks. 39 Paulsson Tralla Jonatan. Projektengagemang *Asfaltbetong. **Asfaltbetong bindlager. ***Asfaltbetong (stenrik). ****Polymergjutasfalt. 19

36 Livslängden för de kantbalkar som placerades på de konventionella broarna antas vara år. Kostnad för att ta bort skadade kantbalkar och ersätta dem med nya antas vara kr/m. Broarna med moden injekteringsbetong utfördes utan kantbalkar. 3.4 Miljöpåverkan För att ta fram koldioxidutsläpp för de olika byggnadsmaterialen måste många parametrar vägas in. Men författarnas antaganden utgår ifrån att samtligt byggnadsmaterial producerats i Sverige, endast koldioxidutsläpp för att producera stål och cement tas fram, inte värden för färdig betongprodukt eller armeringsstål. Hänsyn till eventuella koldioxidutsläpp vid transport har ej tagits med i beräkningen. Vanligt armeringsstål och rostfritt armeringsstål antas ha samma utsläppsvärde för koldioxid. För stål antas 25 % av den färdiga produkten bestå av skrot. Elektriciteten som används i ljusbågen för smältning av skrotet ger ett genomsnittligt utsläppsvärde på 565 kg(co 2 )/ton(stål) 40,41. Resten av den färdiga produkten kommer från järnmalm som då framställer stål via masugn. Vid framställning av stål med masugn sätts ett utsläppsvärde på 1985 kg(co 2 )/ton(stål) 40,41. Värdena är medelvärden från baserade på referenser enligt följande: Masugn: Ljusbågsugn: 1985 kg (CO 2 )/ton(stål) 565 kg(co 2 )/ton(stål) Vilket ger ett utsläpp på; 0,75 * ,25 * 565 = 1630 kg(co 2 )/ton(stål) 40 Sandberg Hans, Langeborg Rune, Lindblad Birgitta, Axelsson Helén och Bentell Lars CO2 emissions of the Swedish steel industry. 41 Kärsrud Kim Technical Development & Environment SSAB. Broars inverkan på miljön. E post. kim.kaerserud@ssab.com

37 Cementen som används i anläggningsbetongen är inte utblandad med obränt kalk. Utsläppsvärdet för detta sätts till 839,5 kg(co 2 )/ton(klinker) 42,43,44,45, baserat på ett rent medelvärde enligt följande: 837 kg(co 2 )/ton(klinker) Slite 839 kg(co 2 )/ton(klinker) Skövde 882 kg(co 2 )/ton(klinker) Degerhamn 800 kg(co 2 )/ton(klinker) Swerock 3.5 Produktion Jämförelser på gjutmetoder görs utifrån intervjuer och egna erfarenheter. 42 Bilaga till HeidelbergCement Northern Europes hållbarhetsredovisning Skövdefabrikens informationsblad till närboende utsikt temanummer hållbarhet. Wallin & Dalholm Boktryckeri AB 43 Bilaga till HeidelbergCement Northern Europes hållbarhetsredovisning Slitefabrikens informationsblad till närboende utsikt temanummer hållbarhet. Wallin & Dalholm Boktryckeri AB 44 Bilaga till HeidelbergCement Northern Europes hållbarhetsredovisning Degerhamnfabrikens informationsblad till närboende utsikt temanummer hållbarhet. Wallin & Dalholm Boktryckeri AB 45 Swerock AB Miljösmart byggande med betong. <

38 22

39 4.Analys Av resultaten som erhållits framgår att lägre tvärsnittshöjd på brobaneplattorna innebär att mer böjarmering erfordras. Det bör noteras att det rent praktiskt inte går att utföra de broar konstruerade med modern injekteringsbetong och som har en tvärsnittshöjd på 0,25 m. Detta eftersom när ursparingen sätts till 0,1 m får inte den armeringsmängd som är nödvändig plats i tvärsnittet om täckande betongskiktet ska vara 40 mm i underkant och 50 mm i överkant. Mängder och priser på material i respektive tvärsnitt och utförande se bilaga F. 4.1 Livslängd De broar som förväntas att klara sig längst utan underhåll är broarna utförda med modern injekteringsbetong och utan beläggning. Detta eftersom det spårdjup som hinner bildas sällan gör att bron behöver mer än en lamellsågning av spår under brons förväntade livslängd (antaget att fräsning av spår behövs när de har nått ett djup av mm). I Diagram 4.1 visas det spårdjup som hinner bildas beroende på ÅTD. Eftersom både tätskikt och kantbalkar förväntas ha en livslängd på ca år är det i princip omöjligt att undvika större underhåll för en bro utförd med tätskikt och kantbalkar. mm 32, , , , ,5 10 7,5 5 2, ÅR ÅDT 1000 ÅDT 2000 ÅDT 3000 Diagram 4.1. Spårdjup som bildas med tiden beroende på ÅDT. 23

40 4.2 Kostnad Vid år noll (precis när de olika broarna har byggts) framgår det tydligt att de konventionella broarna har en lägre kostnad per m 2. Diagram 4.2 visar totalkostnad (material och produktion) precis efter färdigställande av de olika broarna. För att se broarnas geometrier, se Bilaga B samt Bilaga E. Anledningen till att kostnaden per m 2 för broar utförda med modern injekteringsbetong har en parabelformad kurva beror på den med ökande plattjocklek minskade mängden rostfri böjarmering. Grövre tvärsnitt gör att den inre hävarmen ökar vilket medför att mer betong kan ta upp det moment som bildas från trafiken som är dimensionerande kraft för just denna typ av bro. Om spännvidd och tjocklek på tvärsnittet skulle ökas ytterligare skulle istället konstruktionens egenvikt bli dimensionerande och kostnaden skulle då istället börja stiga igen. Diagram 4.2 visar även att broarna med mindre mängd rostfri armering har en mer eller mindre flack kurva. Detta beror på att förhållandet i pris mellan betong och konventionellt armeringsstål inte är lika stort som mellan rostfritt armeringsstål och betong. Ett ökat tvärsnitt ökar de krympspänningar som uppkommer när betongen brinner. För att råda bukt på detta kommer den längsgående krymparmeringen behöva ökas ju grövre tvärsnittet blir. Broarna med modern injekteringsbetong har här fördel, dels för att de har utformats med ursparningar, vilket minskar den volym betong som krymper. Samtidigt utvecklar den moderna injekteringsbetongen betydligt mindre temperatur- och krympspänningar på grund av dess låga cementhalt. Dessa två anledningar minskar mängden längsgående krymparmering i tvärsnittet. Att förspänna broarna byggda med modern injekteringsbetong är både effektivt och minskar den totala mängd armering som är till för att ta upp de tvärkrafter som uppkommer i respektive bro. Spännarmeringen gör det även enklare att utforma tvärsnittet på broarna. Detta på grund av att det endast är raka stänger genom hela tvärsnittet som sedan spänns, istället för bockning och anpassning av byglar i vissa delar av tvärsnittet. De rostfria rören som spännarmeringen har placerats i skyddar mot eventuella korrosionsangrepp. Eftersom broarna med konventionell betong har beläggning och kantbalkar kostar dessa broar mer att underhålla än de broar som är utförda med modern injekteringsbetong utan beläggning och kantbalkar. Diagram 4.3 visar på den totala skillnaden i underhållskostnad kr per m 2 under 120 år. Diagram 4.3 visar att skillnaden i underhållskostnad är stor mellan de två olika brotyperna. Detta beror främst på två anledningar. Den ena är antalet underhåll under brons livslängd. Beläggningen och kantbalkarna förväntas ha en livslängd på ,47 år, vilket innebär 2-3 byten av både beläggning och kantbalkar under 120 år. När beläggning eller kantbalkar byts ut innebär det att gammal beläggning eller kantbalk ska tas bort och ersättas med ny, vilket innebär dubbelt arbete vid varje underhållstillfälle. Broar utförda med modern injekteringsbetong utan beläggning och kantbalkar behöver inte mer än 0-2 fräsningar av 46 Paulsson Tralla Jonatan. Projektengagemang Sternö Elin Tätskiktsystem och direktgjuten slitbetong. < erno.pdf >