ANVÄNDNING AV ALKALIREAKTIV BALLAST I BETONG

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

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

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 -> 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.

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

Ballasttyper i Sverige Reaktivitet Idag skiljer man mellan snabboch långsamt alkali-reaktiv ballast (SS 137003:2015) Förslag på ny indelning: Snabb-reaktiv (A) Medel-reaktiv (B) Långsamt reaktiv (C+D) 6

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.

SS 137003:2015 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)

Rekommenderas i SS 137003:2015 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 932-3 ASTM C295 CSA 2009, A23.2-15A SP metod 1441 NB 32, App C TI-B 52 BS 812-104 Referensprovningar, har företräde framför resultat från andra provningar Sydafrika Ultra-accelererad bruksprovning i NaOH, 80 C RILEM AAR-2 ASTM C1260 CSA 2009, A23.2-25A 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 P18-594 Accelererad betongprism-metod, 38 C RILEM AAR-3 ASTM C1293 CSA 2009, A23.2-14A NB 32, App E BS 812-123 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 405.4 Kritisk absorption 9 TI-B 75

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, A23.2-28A 2) CBI metod nr 1 NB 32, App F Fält-test NB 32, App G AFNOR P18-454 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

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 2.4 0.55 CEM I 42,5 LA 3.0 0.68 2) CEM I 42,5 LA 3.5 0.80 2) CEM I 42,5 LA 4.0 0.9 CEM II/A-LL 42,5 R 4.2 0.96 CEM I 52,5 R 5.4 1.19-1.23 3) 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 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 0,05-0,05 0 7 14 21 28 Time (d)

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 0,00 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Time (d) 13

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 0,00-0,05 0 50 100 150 200 250 300 350 400-0,01 0 50 100 150 Time (d) Time (d) 14

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

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

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

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

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

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 134203 används 20

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 137003 Aktörer från forskningsinstitut, myndigheter, ägare, konsulter, ballast-, cement- & betongindustrin Finansieras av SBUF, BeFo, Energiforsk, Trafikverket, Cementa, Svensk Betong och Rebet 21

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

TACK! Karin Appelquist Karin.Appelquist@ri.se 010-5166843 Research Institutes of Sweden SAMHÄLLSBYGGNAD CBI BETONGINSTITUTET