Dammbindare på betong, litteraturstudie

CBI UPPDRAGSRAPPORT P900426B Dammbindare på betong, litteraturstudie www.cbi.se

CBI Betonginstitutet Uppdragsrapport P900426B Mariusz Kalinowski Katarina Malaga Jan Erik Lindqvist Fil Lic Fil Dr Fil Dr 010-516 68 13 010-516 68 62 010-516 68 59 mariusz.kalinowski@cbi.se katarina.malaga@cbi.se janerik.lindqvist@cbi.se 2011-03-30 Uppdragsgivare: Vägverket (idag Trafikverket) Röda vägen 1 781 87 Borlänge Uppdragsnummer: P900426 Nyckelord: Dammbindare, magnesiumklorid, kalciummagnesiumacetat, kalciumklorid, socker Antal blad inkl bilagor: 26 Antal bilagor: 0 CBI Betonginstitutet AB Stockholm Borås Lund CBI c/o SP c/o LTH Byggnadsmaterial Plusgiro Org.nummer 100 44 Stockholm Box 857 Box 118 454538-0 556352-5699 Besök Drottn Kristinas väg 26 501 15 Borås 221 00 Lund Bankgiro VAT No. 114 28 Stockholm Besök Brinellgatan 4 Besök John Ericssons väg 1 243-9412 SE556352569901 504 62 Borås 223 63 Lund Tel 010-516 68 00 Tel 010-516 68 00 Tel 010-516 68 32 Bank Fax 08-24 31 37 Fax 033-13 45 16 Fax 046-222 44 27 Svenska Handelsbanken Säte: Stockholm

3 (26) Innehållsförteckning Sammanfattning... 4 1 Orientering... 6 2 Uppdrag... 6 3 Litteraturstudie... 6 3.1 MgCl 2, CaCl 2 och socker... 7 3.2 CMA... 7 4 Genomgång av litteraturen... 8 4.1 Effekt av CaCl 2 - och MgCl 2 -lösningar... 8 4.2 Effekt av sockerlösning... 15 4.3 Effekt av CMA... 17 4.4 Provningsmetoder... 21 5 Referenslista... 23

4 (26) CBI Betonginstitutet Uppdragsrapport P900426B 2011-03-30 Dammbindare på betong, litteraturstudie Sammanfattning På uppdrag av dåvarande Vägverket (idag Trafikverket) undersöker CBI Betonginstitutet om dammbindare kan skada betong (uppdraget Dammbindare på betong ). Dammbindarna magnesiumklorid (MgCl 2 ), kalciummagnesiumacetat (CMA), kalciumklorid (CaCl 2 ) och socker, vilka ingår i undersökningen, har av Vägverket bedömts vara de mest intressanta att användas som dammbindare. Här redovisad litteraturstudie utgör en del av uppdraget Dammbindare på betong. MgCl 2 - och CaCl 2 -lösningar Både MgCl 2 - och CaCl 2 -baserade avisnings- och dammbindningsmedel har nedbrytande effekt på cementpasta. MgCl 2 har funnits vara mer aggressiv mot cementpasta än CaCl 2. Skadliga reaktioner mellan lösningarna och cementpasta medför sprickbildning och sänkning av hållfastheten hos betongen. MgCl 2 - och CaCl 2 -lösningarnas skadeverkan ökar med koncentrationen av dessa ämnen i lösningen och med porositeten hos betongen. Detta liknar andra typer av kemiska angrepp. De skaliga reaktionerna ser ut att ske snabbast när temperaturen ligger strax ovanför 0 o C, i intervallet 4-5 o C. Detta beror troligen på att i det temperaturintervallet har tillväxten av kalciumoxyklorid sin högsta hastighet. Sockerlösningar Ett flertal standardverk anger socker som ett aggressivt ämne för betong. De flesta uppgifter som vi fann i litteraturen är endast generella och konstaterar att sockrar angriper betong sakta. Experimentella undersökningar av sockrets skadliga verkan på betong har påvisat sockrets upplösande effekt på cementpasta. Experiment gjorda på äldre betong (44 dagar och äldre) har dock inte kunnat visa på att exponering av sockerhaltigt vatten har någon nedbrytande effekt på betong.

5 (26) CMA Granskningen av litteraturen pekar på följande: Koncentration av CMA, temperatur och betongens kvalitet avgör den skadliga verkan på betong. Upplösning av cementpastan ökar med ökad temperatur (snabb i 20 o C, mkt långsam i 5 o C). Högre koncentration av CMA ger värre skador i en process där Ca(OH) 2 förbrukas. Skadorna visar sig som delaminering i matrixytor. Prover behandlade med CMA får ett lager av Mg(OH) 2 på ytan som orsakar upplösning av cementpastan. Tillgänglighet av Mg 2+ joner i betong (från ballast eller tillförda joner från CMA eller MgCl 2 ) verkar skadligt för betongens hållfasthet. Studier med fokus på mikrostruktur och mineralogi (SEM och ljusmikroskopi) visar att CMA leder till att ballastkorn lossnar. Provningsmetoder [1] rekommenderar två provningsmetoder som utvecklades för att se MgCl 2 - och CaCl 2 -lösningars verkan på betong: 1. SHRP H-205.8: Rapid Method for Evaluation of Deicing Chemicals on Concrete. 2. SHRP H-205.9: Scaling Effects of Deicing Chemicals on Concrete (modifierad ASTM C 672-91). Eftersom dessa två provningsmetoder utvecklades för att prova omständigheter då lösningar används som avisningsmedel fokuserar de på temperaturintervall som pendlar kring 0 o C. Dessa metoder är i stort sett provning av betongens frostbeständighet och eftersom de innebär frost/tö-cykler utsätter de betongen för flera potentiella skademekanismer, dvs. förutom kemiskt angrepp kan betongen utsättas även för mekanisk påfrestning i samband med isbildning. Skador på provkroppar observerade efter provningen kan därför vara svåra att identifiera som primärt orsakade av kemiskt angrepp. Metoden SHRP H-205.9 uppfattas av [2] som den mer realistiska av de två. Båda metoderna kommenteras av [2] med synpunkter på hur metoderna bör förbättras (se Kap. 4 för detaljer). Enligt vår bedömning skulle en viktig förändring av metoderna, som ökar deras lämplighet för provning av dammbindare, vara att utesluta frostperioder och ersätta frost/tö-cykler med fuktning/uttorkningscykler. Andra metoder som nämns i litteraturen att vara behjälpliga vid kontroll av betong som har varit exponerad för skadliga ämnen är: 3. ASTM C 672-91: The Rapid Freeze/thaw Cycle Test (motsvarar i stort CBIs frostprovning, inte så lämplig pga pålagrad effekt av isbildning och relativt korta tö-tider). 4. ASTM C 39-86 Standard Test Method for Compressive Strength Determination of Cylindrical Concrete Specimens ( vanlig provning av tryckhållfasthet). 5. ASTM C 944-90a Abrasion Resistance of Concrete or Mortar Surfaces by the Rotating- Cutter Method.

6 (26) 1 Orientering Krav för att klara miljökvalitetsnormer för partiklar (PM 10 ) finns i svensk och europeisk lagstiftning. Ett sätt att klara dessa normer är att dammbinda vägytan med något medel. dåvarande Vägverket (idag Trafikverket) bedömer att dammbindare kommer att påföras vägytan under perioden 15 april 15 juni. Vägverket har anlitat VTI för att studera vilka partikeldämpande medel som bör användas. VTI har dock inte undersökt om dessa medel kan skada betong. 2 Uppdrag På uppdrag av dåvarande Vägverket (idag Trafikverket) undersöker CBI Betonginstitutet om följande dammbindare kan skada betong: Magnesiumklorid, MgCl 2 Kalciummagnesiumacetat, CMA Kalciumklorid, CaCl 2 Socker De undersökta medlen har av Vägverket, i nämnd ordning, bedömts vara de mest intressanta att användas som dammbindare. Här redovisad litteraturstudie utgör en del av uppdraget Dammbindare på betong. 3 Litteraturstudie Litteraturstudien skall ge överblick över vad som är känt om följande frågor: - Vilken effekt har exponering av de valda dammbindarna på cementpasta och betong? - Vilka är mest lämpliga provningar/provningsprogram för att kontrollera och kvantifiera omfattningen av dessa effekter? - Är den tillgängliga informationen tillräcklig för att bedöma effekten av MgCl 2, CMA, CaCl 2 respektive socker på betong? Litteratursökningens omfattning: Texter innehållande följande ord eller ordkombinationer av dessa söktes på Internetbaserade arkiv (ett flertal): avisningsmedel, betong, cementpasta, dammbindare, kalciumklorid, magnesiumklorid, socker, binder, calcium chloride, cement paste, concrete, deleterious, dust binder, dust control, magnesium chloride, road binder, sugar, sugar-based, tree resin emulsion, vegetable-based, beton, sucrose, zucker, MgCl, CaCl. Fri sökning på Internet via Google gjordes också på bland annat sockerbaserade avisningsmedel och dammbindare. Litteraturstudien om CMA täcker artiklar och rapporter som sträcker sig från 1988 till 2008.

7 (26) 3.1 MgCl 2, CaCl 2 och socker Användning av avisningsmedel eller dammbindare som innehåller MgCl 2 eller CaCl 2 höjer koncentrationen av kalcium-, magnesium- och klorjoner i cementpastans porlösningar. Dessa joner kan reagera med föreningar som cementpasta är uppbyggd av. Sådana reaktioner förändrar cementpastans kemiska sammansättning och mikrostruktur, viket kan förändra dess kemiska och mekaniska egenskaper (ph, hållfasthet osv.). Dessa reaktioner innebär också bildning av sekundära ämnen i betongen. Kristallisation av dessa ämnen bygger upp inre hydrauliskt tryck i betongen som kan resultera i sprickbildning. Det finns många rapporter som beskriver skador på betong som har varit exponerad för avisningsmedel i fält. Betong från dessa undersökningar har också varit utsatt för frostverkan. Flera studier visar dock tydligt att MgCl 2 - och CaCl 2 -lösningar har förmåga att angripa cementpasta även utan bidrag från frostangrepp. Det finns en ganska bra inblick i reaktionsmekanismer som leder till skadliga effekter på betong. Även om det finns vissa oklarheter rörande alla reaktioner som kan inträffa i närvaro av MgCl 2 och CaCl 2 så är mängden av repeterbara resultat så pass stor att man kan anta att de föreslagna huvudsakliga mekanismerna är korrekta. Undersökningar av ämnenas effekter på betong fokuserar på användning av dessa ämnen som avisningsmedel. Laboratorieexperiment innehåller därför som regel frost/tö-cykler. Studier av reaktionsmekanismer görs vid låga temperaturer då man har observerat att skadeprocesserna sker snabbast i temperaturområdet nära 0 o C. 3.2 CMA I Sverige används nästan uteslutande NaCl för kemisk halkbekämpning. Det finns ett intresse för alternativa kemiska halkbekämpningsmedel. Författarna har gjort en litteraturstudie om effekter som kalciummagnesiumacetat (CMA) har på betong. Det finns påståenden från tillverkarna av CMA (kemisk formel: Ca x Mg y (CH 3 COO) 2(x+y) ) att medlet är mindre skadligt för betong än andra kemiska halkbekämpningsmedel, framförallt NaCl. CMA används i stor utsträckning i USA och Kanada. Därifrån kommer de flesta undersökningar av dess påverkan på armeringsstål och betong. Det finns en viss samstämmighet när det gäller CMA:s effekt på betong. Vad kan hända om CMA påförs en betong? En förklaring till nedbrytningsreaktionen beskrivs i nästan alla publikationer. Brucit Mg(OH) 2 ersätter Ca(OH) 2 i porvattnet och bildar M-S-H. Om Cl-joner finns tillgängliga då sker det en reaktion mellan Cl - och Mg 2+ och det bildas MgCl 2 vilket reagerar vidare med C-S-H i cementpastan och producerar en inte cementerande M-S-H och CaCl 2. Cl - tillgänglighet ökar risken för korrosion av armeringen. M-S-H tenderar att bildar sprickor, krympning och friläggning av ballastkorn. Detta leder till viktminskning och minskad hållfasthet.

8 (26) 4 Genomgång av litteraturen [*] anger nummer på litteraturreferensen (se Referenslista i slutet av rapporten). 4.1 Effekt av CaCl 2 - och MgCl 2 -lösningar [2] Guidelines for the Selection of Snow and Ice Control Materials to Mitigate Environmental Impacts. CaCl 2 -lösningar: Användning av CaCl 2 verkar inte ha större påverkan på betong än NaCl. Det finns dock laboratorieundersökningar som visar att CaCl 2 verkar mer aggressivt på betong än NaCl men är skonsammare än MgCl 2. Provkroppar utsatta för CaCl 2 bryts ner på liknande sätt som betong utsatt för MgCl 2 men i långsammare takt och i mindre omfattning (less severe). Störst negativ inverkan på betong har observerats i prover som innehåller reaktiv dolomitballast. Detta pga. att CaCl 2 har orsakat dedolomitisering av bergarten och frigörelse av magnesiumjoner. CBI:s kommentar: Kalcium ersätter magnesium i karbonatets kristallstruktur. Det verkar inte finnas några bevis från riktiga konstruktioner som inte innehåller reaktiv dolomit att CaCl 2 är mer aggressiv för betong än NaCl. CBI:s kommentar: I alla fall inom loppet av några år. MgCl 2 -lösningar: Flera forskare har konstaterat att MgCl 2 orsakar allvarligare nedbrytning av betong än CaCl 2 och NaCl. Detta beror på angrepp på cementpasta där kalciumsilikahydrat (cementgel) omvandlas till icke bindande magnesiumsilikahydrat. MgCl 2 reagerar också med Ca(OH) 2 i cementpastan och bildar Mg(OH) 2 och CaCl 2. Hållfasthetsförlust (bindande effekt) hos cementpastan i kombination med kristallisation av sekundära produkter orsakar nedbrytning av betongen. En process som kan leda till fysisk skrumpling (physical scrumbling) hos betong och total förlust av hållfastheten. Ersättning av Ca(OH) 2 med Mg(OH) 2 innebär också sänkning av ph i cementpastans porlösningar (ph=12,6 för Ca(OH) 2 mättad och ph=9,0 för mättad Mg(OH) 2 ). Sänkning av ph medför risk för armeringskorrosion även utan närvaro av kloridjoner. Författarna [2] påpekar att de flesta undersökningar gjordes på laboratorieframställda betongprover. Prover använda av [2] är däremot tagna från faktiska konstruktioner (vägar) i Iowa. Konstruktionerna är mellan 8 och drygt 40 år gamla. Skadlig inverkan av MgCl 2 konstaterades vara oberoende av kvaliteten hos betong. Betong som visade sig vara icke beständig (nondurable) innehåller grovballast av en relativt porös och finkornig reaktiv dolomit. Det verkar som att forskare är överens om att Mg(OH) 2 och M-S-H är de huvudsakliga reaktionsprodukterna. [12] har observerat ökad porositet i provkroppar som bestod av cementbruk

9 (26) utsatt för MgCl 2 men endast till ett djup av 1 mm från exponeringsytan. Bildning av magnesiumhydroxyklorid nära ytan och hållfasthetsförlust tros bero på bildning av M-S-H. Ingen Mg(OH) 2 har observerats i bruket i angreppszonen (XRD-analys). Å andra sidan har man [13] inte observerat någon nedbrytning av betong (vct 0,50 och 0,70) även efter 10 år av exponering mot 2500 mg Mg 2+ /liter (MgCl 2 -lösning). Utfällning av Mg(OH) 2 skedde endast nära ytan och [13] säger att brucitbildningen agerar som ett skyddande skikt (protective layer) som hindrar inträngning av skadliga ämnen till större djup i betongen. CBI:s kommentar: Denna studie visar att resultaten skiljer mycket mellan statiska och dynamiska miljöer. [3] Long-term Effects of Magnesium Chloride and Other Concentrated Salt Solutions on Pavement and Structural Portland Cement Concrete. Experimentell uppsättning: Tre olika betongrecept: Type I cement, Ottawa sand, vct 0,40, 0,50 och 0,60. Samma cementhalt i alla tre betonger. Ingen lufttillsats. Provkroppar: betongcylindrar, 2x4 inches (ø = 50, h = 100 mm). Temperatur: 4 o C (konstant temperatur). Vattenlösningar: MgCl 2 15 %, CaCl 2 17 % och NaCl 17,8 %. Samma molarkoncentration av klorjoner i alla tre lösningar, 3,7 m Cl -. Vatten (saturated limewater) som referenslösning. Prover är nedsänkta i lösningarna. Resultat: Provkroppar i MgCl 2 och CaCl 2 började visa sprickbildning och expansion efter 56 dagar av exponering. Efter 84 dagar visade proverna betydande nedbrytning. Experimentet avbröts efter 84 dagar. Prover exponerade mot NaCl-lösningen och vatten (limewater) uppvisade ingen nedbrytning efter 84 dagar. Resultat av petrografisk analys av betong med vct 0,50 exponerad 56 dagar mot MgCl 2 - och CaCl 2 -lösningarna sammanfattas nedan. CaCl 2 -lösning: Kraftig sprickbildning till ett djup av 6-7 mm i provkroppen. Sprickorna fyllda med kristallin kalciumoxyklorid. Cementpasta urlakad på kalciumhydroxid. Strukturer liknar dem som observerades i provet som exponerades mot MgCl 2 -lösningen. Författarna föreslår att följande reaktioner sker i det skadade området (bildning av kalciumoxyklorid): (1) Ca(OH) 2 + MgCl 2 Mg(OH) 2 + CaCl 2 (2) 3Ca(OH) 2 +CaCl 2 + 12H 2 O 3CaO. CaCl 2. 15H 2 O CBI:s kommentar: EDS-kartor som presenteras i artikeln visar att inträngningsdjupet hos Mg är mindre än 1 mm. Klor har däremot trängt in till minst 8 mm i provet. Kraftig sprickbildning har skett i betongproverna till ett djup av ca 6-7 mm, dvs. djupare än inträngning av Mg som syns i EDS-kartorna. EDS-kartor framställs med svepelektrondetektor utrustad med EDS

10 (26) och visar fördelning av grundämnen i ett valt område. EDS-karta är en kvalitativ analys av kemisk sammansättning. MgCl 2 -lösning: Kraftig sprickbildning till ett djup av 6-7 mm i provkroppen. Sprickorna fyllda med kristallin kalciumoxyklorid. Cementpasta urlakad på kalciumhydroxid. Kalciumoxyklorid bildar pseudomorfer efter kalciumhydroxidkristaller. CBI:s kommentar: Kalciumoxyklorid ersätter kalciumhydroxid men behåller formen hos kristallerna. Magnesiuminträngning avstannar (immobilized) nära ytan. Det sker utfällning av Mg(OH) 2 i form av en skorpa på provytan. Mg(OH) 2 fälls också ut i yttre delar av provet. Reaktioner mellan Mg 2+, Cl - och cementpasta är kända för att orsaka skadliga förändringar hos strukturen i betongens bindemedel, vilket leder till minskning av betongens hållfasthet och ökning av bindemedlets porositet. Dessa förändringar resulterar från förmågan hos Mgoch Cl-joner att lösa upp Ca(OH) 2 från cementpastan och bilda Mg(OH) 2 samt CaCl 2. Dessa joner orsakar också dekalcifiering av kalciumsilikahydrat (C-S-H), vilket medför ökad porositet i cementpastan och omvandling av C-S-H till sekundärt magnesiumsilikathydrat (M-S- H). Författarna föreslår att följande reaktioner sker: Ca(OH) 2 + MgCl 2 Mg(OH) 2 + CaCl 2 C-S-H + MgCl 2 CaCl 2 + M-S-H CaCl 2 som bildas genom dekalcifiering av kalciumsilikagelen har i sin tur skadliga effekter på cementpastan (se beskrivning av skademekanismer i CaCl 2 -lösningar). [4] Research on 3CaO. CaCl 2. 15H 2 O Identified in Concrete Damaged by CaCl 2 Attack. CaCl 2 -lösningar orsakar skadliga kemiska reaktioner i betong. Det kemiska angreppet följs av bildning av hydrerat kalciumoxyklorid, enligt följande reaktion: 3Ca(OH) 2 + CaCl 2 + 12H 2 O 3CaO. CaCl 2. 15H 2 O Reaktionen sker effektivast (tillväxten av kalciumoxyklorid är som snabbast) vid temperaturer nära (4-5 o C). Bildningen medför uppbyggande av hydrauliskt tryck inne i betongen, vilket kan leda till sprickbildning. I undersökningen kunde man koppla exponering mot lösningen till sänkning av betongens tryckhållfasthet. [5] Concrete Deterioration by Deicing Salts: An Experimental Study. CaCl 2 kan ha en negativ inverkan på både cementpasta och ballast. Betong med reaktiv dolomitballast visade sig vara mest mottaglig för nedbrytning vid exponering mot CaCl 2. Undersökta betongprover:

11 (26) Betongprover (borrkärnor) från vägbeläggning (highways in Iowa). Två typer av betong: very durable (service life > 40 år) och much lower durability (service life < 16 år). Alla betonger innehåller dolomit som grov ballast. De två typerna av betong innehåller dolomit från olika bergstäkter. Borrkärnorna var sågade till provkroppar som bestod av små rektangulära block, 12x12x25 mm. Metoder: Fuktning/torkningscykler, frost/tö-cykler, konstant nedsänkning i lösningar. Lösningar: 100 ml med styrkor av 3 och 0,75 M. Cyklernas tid: 132 timmar. Exponeringstider: tills minst ett prov visade tydlig nedbrytning (deterioration). Resultat för båda betongtyperna: Prover nedsänkta i lösningarna (soak only), temperatur: 60 o C konstant, exponeringstid: 222 dagar, lösning: 3 M: MgCl 2 - missfärgning av cementpasta (brunt), sprickbildning i kontaktzonen mellan cementpasta och ballast. Ballast opåverkad. CaCl 2 - missfärgning av cementpasta (brunt), sprickbildning i cementpasta utan orientering. Ballast opåverkad. Fuktning/torkningscykler (wet-dry), 60/90 o C), 4 cykler, lösning: 3 M: MgCl 2 - missfärgning av cementpasta (brunt), crumbling - sprickor i kontakten mellan cementpasta och ballast som ger sämre vidhäftning. Ballast opåverkad. CaCl 2 - sprickbildning i kontaktzonen mellan cementpasta och kvartssand ballast. Ballast opåverkad. Fuktning/torkningscykler (wet-dry), 60/60 o C), 6 cykler, lösning: 3 M: MgCl 2 - missfärgning av cementpasta (brunt), kraftiga crumbling sprickor i kontakten mellan cementpasta och ballast som ger sämre vidhäftning. Ballast opåverkad. CaCl 2 - sprickbildning i kontaktzonen mellan cementpasta och ballast. Ballast opåverkad. Fuktning/torkningscykler (wet-dry), 60/60 o C), 16 cykler, lösning: 0,75 M: MgCl 2 - missfärgning av cementpasta (brunt) kring ballast. Sprickbildning i ballast. CaCl 2 - nedbrytning av cementpasta (decomposition) i kontaktzonen mellan cementpasta och ballast, viss sprickbildning. Sprickbildning i ballast. Frost/tö-cykler (freeze-thaw) (-70 o C/25 o C), 9 cykler, lösning: 3 M: MgCl 2 - ingen påverkan observerad. CaCl 2 - ingen påverkan observerad. Frost/tö-cykler (freeze-thaw) (0 o C/25 o C), 16 cykler, lösning: 0,75 M: MgCl 2 - missfärgning av cementpasta (brunt), skrumpling (crumbling), sprickor i kontakten mellan cementpasta och ballast i kanterna av provkroppen. Ballast opåverkad.

12 (26) CaCl 2 skrumpling- (crumbling-) relaterade sprickor i kontakten mellan cementpasta och ballast i kanterna av provkroppen. Viss (begränsad i omfattning) sprickbildning i cementpastan. Ballast opåverkad. Eftersom experiment stoppades när skador på provkroppar blev synliga med blotta ögat visar exponeringstiderna för de olika miljöer hur skadlig deras verkan är. Skadligast verkan hade fuktning/torkningscykler i 3 M-lösning och 90 o C torktemperatur. Man fann MgCl 2 vara destruktivare än CaCl 2. Båda betongtyperna gav liknande resultat. Enda experiment där det var skillnad mellan de två typerna av betong (durable och non durable) var frost/tö-cykler (-70 o C/25 o C), 3 M CaCl 2 -lösning där den relativt beständiga betongen blev lite mindre skadad. Huvudsakliga skademekanismen i betong exponerad mot MgCl 2 -lösningen bedöms vara bildning av inte bindande (noncohesive) magnesiumsilikathydrat (M-S-H). Substitutionen av Ca med Mg i cementgelen innebär mobilisering av kalcium som fälldes ut i form av kalcit eller portlandit i cementpastan och porerna i ballasten. Man har också observerat utfällning av brucit. Kristallisation av dessa nybildade ämnen bygger troligen upp ett inre tryck i betongen, vilket kan leda till bildning av mikrosprickor. Orsaker till skador uppkomna i betong exponerad mot CaCl 2 är svårare att se/förstå. Författarna anser att reaktioner som ledde till bildning av kalciumkloroaluminat troligen är den viktigaste skademekanismen. CaCl 2 -lösningens skadliga verkan beror också på dess förmåga att lösa ut Ca(OH) 2 från cementpastan, viket ökar betongens porositet. [6] Effects of Various Deicing Chemicals on Pavement Concrete Deterioration. Magnesiumsilikathydrat (M-S-H) är inte bindande (noncementitious) och har förmåga att krympa, vilket leder till sprickbildning i betongens bindemedel. [7] Durability of Concrete Structures Exposed to CaCl 2 Based Deicing Salts. Kemiskt angrepp på cementpasta i kontakt med CaCl 2 är kopplad till bildning av hydrerat kalciumoxyklorid (3Ca(OH) 2 + CaCl 2 + 12H 2 O 3CaO. CaCl 2. 15H 2 O). Om cementpastan i betongen är karbonatiserad skadas betongen inte av CaCl 2 eftersom Ca(OH) 2 är omvandlad till CaCO 3 och kalciumoxyklorid inte kan bildas. Nedbrytning av betong pga. exponering till CaCl 2 sker snabbast vid låga temperaturer som 5-10 o C. I verkligheten sker angrepp på betongen som tre parallella mekanismer: 1) korrosion av armeringsjärn, 2) frysning och upptining av betong som inte är frostbeständig (otillräcklig luft) och 3) bildning av kalciumoxyklorid. I fält har den sistnämnda troligen kamouflerats av de två övriga. Undersökningens omfattning: 1) effekt av reducering av mängden fri kalk genom tillsats av puzzolana material. 2) effekt av lufttillsats i betongen. Inga frost/tö-cykler som kan maskera det kemiska angreppet.

13 (26) 3) effekt av olika vct. Minskad porositet borde minska inflödet av CaCl 2 in i betongen och därför minska omfattningen av angreppet. Recept: naturgrus, max 19 mm, tre vct 0,40, 0,50 och 0,60 för betong med endast normal portlandcement, vct 0,40 för betong med tillsatsmaterial. Flytmedel, luftporbildande tillsatsmedel för minimum 6 % luft (endast två med 5 % luft, vct 0,40 och 0,50 med normal portlandcement). Provkroppar: kuber, 100 mm. Efter 28 dagar av härdning (curing) (20 o C, 95 % RH) sänktes provkropparna i CaCl 2 -vattenlösning (30 %). Under de två första veckorna var temperaturen hos lösningen 40 o C för att påskynda inträngningen (diffusion) av CaCl 2 in i betongen. Efter det sänktes temperaturen till 5 o C för att vara optimal för skadlig kemisk verkan hos CaCl 2. Temperaturen var alltid högre än 0 o C. Tryckhållfasthet var mätt efter olika perioder från 0 till 300 dagar. Resultat: I betong utan lufttillsats ökade skadlig effekt av exponering mot CaCl 2 med lägre vct. Detta förklaras med följande: 1) lägre vct innebär högre cementhalt och följande större mängd Ca(OH) 2 som kan reagera och bilda kalciumoxyklorid. 2) lägre vct innebär lägre porositet i cementpastan som kan fyllas med sekundära reaktionsprodukterna som i sin tur kan medföra högre hydrauliskt tryck som byggs upp i betongen pga. bildning av kalciumoxyklorid. I enighet med detta antagande är oxykloridattack en expansiv fysikalisk (mekanisk) skademekanism (i likhet med isbildning) men genererad genom en kemisk reaktion. I betong med lufttillsats har man observerat försumbara eller inga skador på provkropparna med lufthalt på minst 6 %. Sänkning av lufthalten till ca 5 % i betong med vct 0,40 och 0,50 har medfört en dramatisk försämring av betongens motstånd mot attack av CaCl 2 -lösning. Man föreslår en förklaring att luftbubblor utgör en trycksänkande system när bildning av sekundära reaktionsprodukter sker. Bästa betongen har således ett bra luftporsystem i cementpasta med lågt vct (för att hindra inträngning av klorider som kan medföra korrosion av armeringsjärn). Betong med tillsatsmaterial (Blended Cement Concretes): Portland cement blev delvis ersatt av flygaska, silikapulver eller slagg. Ingen lufttillsats. Med tillräckligt stor halt av tillsatsmaterial (15 % silika eller 50 % slagg) blev betongen resistent mot påverkan av CaCl 2 även utan lufttillsats. Tillsats av silikapulver och slagg visade sig vara effektivare än flygaska. Tillsatsmaterialens verkan förklaras med att de reducerar mängden Ca(OH) 2 i betongen, dels genom att puzzolanreaktionen binder kalcium, dels genom mindre mängd portlandcement. [8-9] The Deleterious Chemical Effects of Concentrated Deicing Solutions on Portland Cement Concrete. Rapporterna listar strategier för att bland annat minska användandet av ämnena (användning av avisningsmedel endast när det behövs och hur mycket som behövs, begränsa styrkan på lösningarna) och bygga mer beständiga konstruktioner (kvalitet på betongen, gjutningsprocessen (t.ex. undvika övervibrering, vilket kan ge svagare ytskikt), ytbehandling av betongen, geometri på konstruktioner mm) samt ger utförandetips. Författarna menar att för att tillverka

14 (26) beständig betong bör man uppfylla följande krav: relativt impermeabelt bindemedel, ingen krympsprickbildning, inget reaktivt ballastmaterial. CBI:s kommentar: Här menas troligen bindemedel med låg kapillärporositet. Undersökning gjord av Sutter [8] indikerar att lägre koncentrationer av ämnen i lösningarna ger lägre påfrestning på betongen och långsammare angrepp. Därför är det viktigt att minimera styrkan hos lösningarna och frekvensen hos användandet för att ge lägre skador på betong. Det rekommenderas att man använder lösningar med initial koncentration lägre än pessimumnivå i avseende på skadeverkan på betong, dvs. 20 vikt% för MgCl 2 och 22 vikt% för CaCl 2. [8] använder MgCl 2 - och CaCl 2 -lösningar i sin undersökning som är ca 30-50 % svagare än typiska lösningar som används i praktiken för avisningsändamål. I undersökningen konstaterades betydande expansion och sprickbildning samt hållfasthetsförluster och försämring av frostbeständighet om betongen exponeras mot lösningarna. NaCl-lösningar gav ingen negativ inverkan på betongen (utan armering). [10] The Deleterious Chemical Effects of Concentrated Deicing Solutions on Portland Cement Concrete. All sprickbildning, även mikrosprickor, i betong försämrar betongens beständighet genom att underlätta för lösningar att tränga in i betongen. Det är känt att lufttillsats förbättrar betongens frostbeständighet. Det är också känt att nackdelen med högre lufthalt i betongen är att det sänker dess hållfasthet och ökar dess permeabilitet. MgCl 2 reagerar med betongens bindemedel och försämrar hållfasthet och ökar porositet. Magnesiumoxyklorid kan förekomma som reaktionsprodukt. Studien omfattar fältundersökningar/prover från riktiga konstruktioner och experiment gjorda i laboratorium. Betongproverna undersöktes med visuell inspektion samt mikrostrukturanalys med optiskt stereomikroskop, petrografisk optiskt mikroskop, SEM (med EDS) samt XRD på vissa prover. Laboratorieexperiment gjordes på provkroppar som bestod av bruk (sand, cement och vatten) och betong (grövre ballast, sand, cement och vatten). [14] Design and Control of Concrete Mixtures. Artikeln informerar att det är viktigt att betongens får härda (cure) och torka ut ordentligt innan första exponering mot avisningsmedel. För nygjutna betongkonstruktioner behövs minimum 30 dagars härdning och torkning innan man utsätter dem för lösningarna. Exponering för lösningarna innan dess ger lägre motstånd mot skadlig verkan. Detta visar risker med gjutning gjorda sent på året. Något äldre betongers relativt goda beständighet kan vara en effekt av att längre härdning (curing) ger mer fullständig hydratisering av cement och tätare cementpastastruktur i ytan, vilket förhindrar plastiska krympsprickor och ger en tätare betong.

15 (26) 4.2 Effekt av sockerlösning CBI har inte funnit några uppgifter om vilken verkan sockerbaserade dammbindningsmedel har på betong. Anledningen till detta är kanske att användning av dessa ämnen som dammbindare sker i en relativt liten omfattning. Det finns dock generella uppgifter om sockrets och sockerlösningars effekt på betong. I [8] nämns växtbaserade ämnen som används som tillsats till MgCl 2 -avisningsblandningar. Dessa ämnen i blandningen kan orsaka mögeltillväxt på betongen. Inga kemiska angrepp på cementpasta nämns i sammanhanget. Mögelsvamp har rapporterats kunna angripa betong i närvaro av socker under vissa omständigheter (från Betonghandbok, Material, kap. 23.7; referens till: Biczók, 1972 och Kirstein, Stiller och Bock, 1982). Sockrets nedbrytande verkan på oskyddad betong kommenteras i Betonghandboken med följande: sönderdelar långsamt (se Tabell 23.8:1, Betonghandbok, Material). Uppgifter i tabellen är grundade på innehåll i [11] ACI Committee 515 (1985). [15] Lea s Chemistry of Cement and Concrete, Fourth Edition. Socker (allmänt, alla sorter) angriper bindemedel på så sätt att de reagerar med Ca(OH) 2 i cementpastan och bildar kalciumsakarat. Denna skademekanism förnekas dock av [18]. Vid intensiv och långvarig exponering och urlakning av Ca(OH) 2 från cementpastan förstörs den normala strukturen hos cementpastan, vilket resulterar i softening och hållfasthetsförlust. Detta kan innebära skador särskilt på betongytor som utsätts för mekaniskt slitage. [16] The Effect of Sugar on Cement and Concrete. Två olika cement med olika härdningstider 9 h och 3 h (final set kontrollerad med Vicat- nål). Inga närmare detaljer om cementen ges. Prover (test blocks) var tillverkade av blandningar med 25 % vatten eller 25 % sockerlösning (vatten med olika halter upplöst brunt socker). Man har observerat att tillsats av socker påverkar tillstyvnaden av betong och temperaturutvecklingen under hydratisering av cement. Mätningar av expansion på prover av cement/vatten (- sockerlösningar) enligt British Standard visar att expansionen ökar med sockerhalten i blandningsvatten (rent vatten: 2-3 mm, 1 vikt-% socker: 13,5 mm, 10 vikt-% socker: 36,5 mm). Provning av tryckhållfasthet på prover med ballast visade att socker i blandningsvatten har stark negativ inverkan på hållfasthet (för 20 dagar gamla prover: 0,5 vikt-% socker sänkte tryckhållfastheten till hälften jämfört med prov tillverkat med rent vatten, 3 vikt-% socker sänkte tryckhållfastheten till en sjättedel). Man har observerad kraftig sprickbildning i prover då dessa fick torka 1 dag i luft och sedan sänktes i vatten. En del prover sprack upp efter 24 h i vatten. Prover som inte sänktes i vatten sprack också men efter 50-60 dagar. CBI:s kommentar: Det kan röra sig om sprickbildning kopplad till volymförändringar pga. fuktning/uttorkning av betongen.

16 (26) Man skriver att den negativa effekten inte fortsätter hur länge som helst och efter ett tag fortsätter cement eller betong att öka i hållfasthet som under normala omständigheter. Man har observerat förekomst av en slimy, gelatinartad beläggning på proverna. Man nämner en observation från Kalifonien där betongbehållare för viner inte har påverkats vare sig av socker eller av syra i vinet. En förklaring är att det bildas ett skyddande skikt av kalciumtartrat. Exponeringsförsök: Äldre betong (prover som var i luft under 44 dagar eller i luft under 44 dagar och i vatten under 45-107 dagar) som utsattes för sockerlösningar (0,5 till 5 %), (nedsänkta prover) i upp till 56 dagar har inte visat några tydliga tecken på negativ inverkan på tryckhållfasthet. CBI:s kommentar: Värden från tryckhållfasthetsprovningen spretar mycket +/- 10 %, de visar inte någon trend. Betong som var lagrad i luft under 7 år vid försökstillfället sänktes i vatten resp. 0,5 % sockerlösning under 7 resp. 53 dagar. I båda fallen har man observerat sänkning av tryckhållfasthet. Denna sänkning är kanske något större för prover utsatta för sockerlösning. CBI:s kommentar: För lite data för att man ska kunna dra några slutsatser av experimentet. Resultat: 7 år i luft tryckhållfasthet: 4,83 MPa (700 pounds/inch 2 ). 7 år i luft, 7 dagar i vatten tryckhållfasthet: 3,10 MPa (450 pounds/inch 2 ). 7 år i luft, 53 dagar i vatten tryckhållfasthet: 4,27 MPa (620 pounds/inch 2 ). 7 år i luft, 7 dagar i 0,5 % sockerlösning tryckhållfasthet: 2,81 MPa (407 pounds/inch 2 ). 7 år i luft, 53 dagar i 0,5 % sockerlösning tryckhållfasthet: 3,08 MPa (447 pounds/inch 2 ). Ytterligare provningar gjorda av författaren, ytligt nämnt i artikeln: Prover med 0,2 vikt-% socker i blandvatten, 120 dagar i luft, 90 dagar i sockerlösning (10 %) eller i sockerlösning (20 %) visade i stort sett samma tryckhållfasthet 22,0 MPa (230 tons/foot 2 ). Liknande prover, 120 dagar i luft, 90 dagar i rent vatten gav 20,7 MPa (216 tons/foot 2 ). CBI:s kommentar: I artikeln nämns bildande av kalciumsakarat (calcium saccharate) som förstörande reaktion. Denna kan bildas när i färsk betong den fria kalken i form av kalciumhydroxid löses upp i sockerlösning och bildar kalciumsakarat istället. Denna skademekanism förnekas dock av [18]. [17] ACI 515.1R-79 in ACI Manual of Concrete Practice 1992. Part 5. Sockrar angriper betong sakta ( sugar: disintegrates slowly ). Reaktionsmekanismer är dåligt eller inte alls kända. [18] Betonkorrosion, Betonschutz.

17 (26) Sockrets nedbrytande effekt på betong är inte orsakad av bildning av kalciumsakarat, utan på peptisering av cementgel. Det är inte klart vad författaren menar i det aktuella fallet. Peptiseringsmedel i keramikindustrin ger bättre gjutbarhet och minskar vattenhalten hos lera. Peptisering minskar lerans styvhet och gör leran mer lättflyttande. [19] Study of Mechanism and Dynamics of Concrete Corrosion in Sugar Solutions. I artikeln konstateras att socker är aggressivt mot betongkonstruktioner. Påståendet är allmänt och inga konkreta exempel ges. Man nämner att sockerrelaterade problem kan uppkomma i matfabriker (food factories) där spillvatten innehåller socker. Undersökningen genomfördes i laboratoriemiljö. Betongprover exponerades under upp till nio månader för vattenlösningar med 5 olika koncentrationer av socker: 0, 5, 10, 15 och 20 %. Resultat: Man konstaterar att nedbrytningshastigheten (corrosion speed) är proportionell mot sockerkoncentrationen i vattenlösningen upp till 10 % socker. Koncentrationer högre än 10 % ger inte snabbare nedbrytning av betongprover. Man har observerat att nedbrytningshastigheten till och med kan bli lägre vid sockerkoncentrationer högre än 10 %. Den föreslagna skademekanismen är upplösning av cementpastans komponenter Ca(OH) 2, ferriter, aluminater och silikater. Förutom den lättlösliga Ca(OH) 2 är ferriter de föreningar som bryts ner lättast i sockerlösningar. De svårast lösliga är silikater. Partiell upplösning av cementpasta innebär ökad porositet hos betongens bindemedel. I lösningar med höga sockerhalter (15 och 20 %) beror en långsammare nedbrytningsprocess troligen på tilltäppning av porer med svårlösliga reaktionsprodukter som bildas genom reaktioner mellan Ca 2+ -joner och socker eller genom hydrolys av socker. 4.3 Effekt av CMA [20] Effects of Various Deicing Chemicals on Pavement Concrete Deterioration. Wet-dry cycling and freeze thaw cycling. Dolomitisk ballast. CMA bildar brucit i porer och ballastkontakter och icke cementerande magnesiumsilikathydrat. Debonding (bruten vidhäftning) av mindre ballastpartiklar. Halten av ettringit minskar troligen på grund av ph-sänkning genom brucitbildning. Kalciumacetat var följaktligen mindre skadligt än magnesiumacetat. NaCl var den minst betongaggressiva kemikalien i studien. CMA var värst. Resultaten visar att det är magnesium som orsakar skadorna. Å andra sidan ger hög Mg-halt i CMA större smälttemperatursänkning. De har fokus på mikrostruktur och mineralogi, SEM och ljusmikroskopi. [21] The Effect of Deicing Chemicals on Reinforced Concrete. Man använder OPC (vanlig portlandcement) och troligen inte karbonatballast. Frys tö cykler gav mest skador med NaCl-lösning och endast måttliga skador med CMA. De undersöker

18 (26) även inverkan av tillsats av additives för att reducera avskalningen (här är det ofta förvirring, är det tillsatsmedel som luftporbildare eller tillsatsmaterial som exempelvis flygaska?). I det senare fallet räknas det inte som OPC. [22] The Effect of CMA Deicers on Concrete Properties. Två blandningar av OPC med dels 20 % kalkfiller, dels 40 % slagg samt luftporbildare, vct 0,45. Kalkstensballast. I 25 % CMA-lösning i bad med 20 o C under 8 månader. Skador i form av minskad hållfasthet, viktförlust och synlig nedbrytning. Mindre kraftig för slaggcementet. Tidigare undersökningar har visat motsvarande förbättrade egenskaper för flygaska. Men det finns även tidigare undersökningar som visat ringa skador av CMA. Man har även påvisat Ca(OH) 2 -lakning. Det finns tidigare undersökningar som tyder på kraftigare påverkan vid högre temperatur. [23] Concrete Deterioration Caused by Exposure to Calciummagnesiumacetate Aqueous Solutions. Blandning med OPC och 20 % flygaska eller 20 % kalkstensfiller, vct 0,45 och 0,60 med och utan luftporbildare. Kalkstensballast 0-8 mm. Härdade i 28 dygn för att sedan lagras 9 månader i CMA lösning i 5 respektive 20 o C. Flygaska ger mindre skador, lägre vct ger mindre skador, luftporbildare påverkar inte. Kalciumhydroxiden förbrukas. Skadorna visar sig som delaminering i matrixytor. Högre CMA-koncentration ger värre skador. [24] Effects of Calcium Magnesium Acetate on Pavement and Motor Vehicles. Författaren har provat ett stort antal olika material som finns på och kring vägarna. De får viss avskalning på betong men efter vilken provningsprocedur framgår inte. Eftersom det inte anges någon provningsförfarande är de rapporterade resultaten inte av något större värde. [25] Test and Evaluation of Alternative Deicing Methods and Materials in Sweden. Författarna har gjort frost/tö-prover på SP. Resultatet för CMA är inte värre än för NaCl. Man tittade inte på kemisk stabilitet. [26] Chemical Effects on Cement Mortar of Calcium Magnesium Acetate as a Deicing Salt. Provning av två olika CMA (två molarförhållanden) på expansion, viktförändring, böjdraghållfasthet och tryckhållfasthet. Resultat: - Upplösning av cementpastan ökar med ökad temperatur (snabb i 20 o C, mkt långsam i 5 o C). - Upplösning av cementpastan ökar med ökad koncentration av CMA. - Hållfastheten minskar med ökad koncentration. - Ju högre vct desto större minskning av hållfastheten. - Alla prismor lagrade i CMA har större hållfasthetsminskning än de som lagras i mättad kalciumacetatlösning. - Upplösningen av cementpastan är snabb i 20 o C och långsamt i 5 o C därför lämplig som tösalt. - Dubbelsalten är viskös i början men med tiden blir den karbonatiserad och spricker.

19 (26) [27] Delayed Effects of Solutions of Calcium Magnesium Acetate and Sodium Chloride on Cement Mortars. Provning av två olika CMA-koncentrationer (6,5 g/100 g vatten - simulerar NaCl, 38,35 g/100 g vatten) på två betongkvalitéer, vct 0,45 och 0,6. Resultat: - Expansion upp till 15 mm/m utan sprickor. - Tryckhållfastheten minskar procentuellt sett mer än böjdraghållfastheten. - Utspäd lösning av CMA orsakar störst minskning av böjdraghållfastheten i jämförelse med två koncentrationer av NaCl och den högre koncentrationen av CMA. - Prismorna ökar i vikt men med tiden (speciellt för den höga koncentrationen) sker en avflagning av ytan. [28] Influence of CMA on Freezing and Thawing Behaviour of Hardened Cement Paste. CMA ökade frystemperaturen och mängden fryst vatten samt ökade expansionen i jämförelse med NaCl. [29] Concrete Deterioration by Deicing Salts: an Experimental Study. Betong med dolomitballast (av två kvalitéer) utsattes för wet/dry, frys/tö och konstant upptagning av MgCl 2, CaCl 2, NaCl, CMA, Mg(NO 3 ) 2 och destillerat vatten. Resultat: - MgCl 2 orsakade störst nedbrytning och CaCl 2 hade liknande egenskaper. - NaCl hade ganska lindrig effekt på nedbrytning. - CMA orsakade avskalning och gav upphov till sprickor. - Formation av brusit Mg(OH) 2 orsakar sprickor. - CMA reducerar korrosion av stål och minskar halten av klorider i grundvatten. [30] Assessment of Specific Pavement Concrete Mixtures by Using an ASR Performance Test. [31] A Microstructural Study of ASR Induced by Alkali Acetate and Formate Deicers. Tösalter baserade på acetater (i studien kaliumacetat) ökar alkalisilikareaktioner i betong. Flera forskare presenterade samma typ av resultat på den konferensen. [32] Investigation of Long Term Effects of Magnesium Chloride and Other Concentrated Salt solutions on Pavement and Structural Portland Cement Concrete. En undersökning av ett brodäck som har varit tösaltat bara med CMA har gjorts. Författaren kommenterar att resultatet kan vara mer komplext pga. av bidraget från den vanliga trafiken över bron. Han har undersökt Cl-profilen i provkropparna. Inga resultat för CMA. [33] Long Term Effects of Magnesium Chloride and Other Concentrated Salt Solutions on Pavement and Structural Portland Cement Concrete - Phase I Results. Tre bruk med olika vct (0,4; 0,5 och 0,6) mättades med olika saltlösningar (T= 4,4 o C i 84 dagar). Petrografisk analys och kvantitativ mikroanalys gjordes för att analysera förekomsten av brucit Mg(OH) 2 i översta delen av provkropparna. Enligt deras studier (litteratur och egna) är de mest problematiska kemikalierna klorider av magnesium, kalcium, natrium och CMA. Detta händer pga. att Mg 2+ och Cl - regerar med Ca(OH) 2 i porvattnet och bildar Mg(OH) 2 och CaCl 2. De jonerna orsakar decalcification av C-S-H och bidrar till att pastan blir mycket

20 (26) mer porös och vidare omvandlar C-S-H till M-S-H (magnesiumsilikathydrat). M-S-H tenderar att orsaka sprickor, krympning och friläggning av ballastkorn. Detta leder till viktminskning och minskad hållfasthet. [34] Investigation of Long Term Effects of Magnesium Chloride and Other Concentrated Salt Solutions on Pavement and Structural Portland Cement Concrete. [34] inleder med att säga att de mest problematiska kemikalierna är klorider av magnesium, kalcium, natrium och CMA. Användningen av dessa har ökat pga. deras låga kostnad och att de är lätthanterliga och effektiva mot isbildning. Orsaken till nedbrytningen av betong är ökad koncentration av kalcium och magnesium i porvattnet och de fria jonerna reagerar vidare (som ovanför). Refererar till Cody and Spry, 1994, och beskriver processen för dedolomitisation i betong med dolomitisk ballast. Storleken och kristallstrukturen avgör om det blir är dålig eller beständig betong. Små dolomitballastkorn (euhedral och subhedral dolomit) och relativ hög porositet leder till låg beständighet. Den typen av betong är mer känslig för klorider (Mg, Ca och Cl och CMA). Refererar till McCrum, 1989, som säger att CMA inte var lika korrosiv som NaCl men däremot visar nyare resultat att CMA är den mest nedbrytande kemikalien. Resultaten visade spruckna bottnar på de exponerade cylindrarna (vct = 0,6, 84 dagar) och små färgförändringar. [35] Influence of Acetate and Formate Based Deicers on ASR in Airfields Concrete Pavements. Acetat- och formatsalter verkar extremt nedbrytande på betongytor pga. ASR (alkalisilikareaktion). Acetat ökar upplösning av portlandit (Ca(OH) 2 ) i cementpastan. Mekanismen är följande: a) överskott av alkaliska joner, b) fria OH-joner pga. ökad upplösningsförmåga av Ca(OH) 2. [36] NCHRP Report 577: Guidelines for the Selection of Snow and Ice Control Materials to Mitigate Environmental Impacts. Vad kan hända om CMA påförs en betong med klorider? En förklaring till nedbrytningsreaktionen kommer i nästan alla publikationer. Brucit Mg(OH) 2 ersätter Ca(OH) 2 i porvattnet och bildar M-S-H. Om Cl-joner finns tillgängliga sker det en reaktion mellan klorid och Mg och MgCl 2 bildas vilken reagerar vidare med C-S-H i cementpastan och producerar en icke-cement (inte cementerande) M-S-H och CaCl 2. De påpekar att Cl-tillgänglighet ökar risken för korrosion av armeringen. Ihs och Gustafson - enligt dem är CMA mindre skadlig för spjälkning av betong än NaCl. Peterson (två rapporter). De kom fram till att prover behandlade med CMA får ett lager av Mg(OH) 2 på ytan. Dessutom orsakar CMA upplösning av cementpastan. En studie i Kanada (Ministry of Transportation of Ontario) visade att en betong av bra kvalité motstår nedbrytning orsakad både av NaCl och av CMA. Motståndet beror på kvaliteten hos betongen.

21 (26) 4.4 Provningsmetoder [1] Handbook of Test Methods for Evaluating Chemical Deicers Provningsmetoder som användes för att undersöka kemikaliernas kompatibilitet med betong är frost/tö-provning, fuktning/torkning (wet/dry-test), fältprovning (outdoor exposure test) och penetration/impregnering-provning. Diagnosticering och utvärdering av provningsresultat omfattar okulär undersökning, provning av nötningsmotståndet, provning av tryckhållfasthet och ultraljudprovning (ultrasonic velocity test). Förslag till provningsmetoder för att se effekten på betong utsatta för lösningar med avisningsmedel: SHRP H-205.8 och SHRP H-205.9. Dessa provningsmetoder är baserade på ASTM-standarder. SHRP H-205.8 Rapid Method for Evaluation of Deicing Chemicals on Concrete: Cylindiska provkroppar (ca 54 cm 3, 37 mm (1.5 inches) i diameter, 47 mm (1.875 inches) i längd). Provkroppar fuktas (pre-soak) 24 h i avjoniserat vatten och placeras i plastlådor, 4 prover per låda. Lösningen med avisningsmedlet hälls i lådan som täcks med lock och utsätts för 10 frost/tö-cykler (-17,8 o C i 16-18 h och sen upptining i 6-8 h). Provkropparna tas ut, avskalat (spalled) material tas bort manuellt från betongen. Provkropparna sköljs rena och lagras under 24 h i 50 % RH. Provkropparna vägs. Vikten av avskalat (spalled) material för alla fyra proverna antecknas. Medelprocent av viktförlust räknas fram. Provningen bör göras med dubbla uppsättningar av provceller (plastlådor) med fyra prover var för att kontrollera repeterbarheten. Provningsmetoden mäter motstånd mot avskalning (scaling) hos betong utsatt för lösningar och frost/tö-cykler. Metoden bör kombineras med referensprovning med NaCl. SHRP H-205.9 Scaling Effects of Deicing Chemicals on Concrete: Provningsmetoden är en modifikation av ASTM C 672-91. Provkroppar i form av plattor med testyta av ca 303 cm 2, dimension hos provkroppar: 152x305x76 mm. Lösningarna skall täcka provytorna och proverna utsätts för 10 eller fler cykler närmare beskrivna i metodbeskrivningen. Med intervaller på 5 cykler tvättas och sköljs proverna med vatten, de undersöks visuellt och bedöms i enligt en 6-gradig skala (0-5 visual rating, 0-no scaling, 5-severe scaling, coarse aggregate visible over entire surface). Avskalat/avflagnat material tas bort från provytan, samlas ihop, filtreras, tvättas och vägs. Vikten av det avskalade materialet antecknas. Provningen bör göras med dubbla prover var för att kontrollera repeterbarheten. Provningsmetoden mäter motstånd mot avskalning (scaling) hos horisontella betongytor utsatta för lösningar och frost/tö-cykler. Metoden bör kombineras med referensprovning med avjoniserat vatten och NaCl-lösning. ASTM C 944-90a Abrasion Resistance of Concrete or Mortar Surfaces by the Rotating-Cutter Method: Ytor hos utborrade eller gjutna provkroppar är frästa med hjälp av en roterande svarv. Viktförlust och djupet hos det utsvarvade materialet mäts. Metoden ger indikation om det relativa nötningsmotståndet (wear resistance) hos betong utsatt för lösningar eller kombinationen lös-

22 (26) ningar och frost/tö-cykler. Metoden är operatörkänslig. Osäkerhet hos metoden: Under normala förhållanden, en och samma operatör är variationskoefficienten (koefficient of variation) 21 %, två provningar bör inte avvika mer än 59 % från medelvärdet. Under strikta förhållanden, en och samma operatör är variationskoefficienten 12,6 %, två tester bör inte avvika mer än 36 % från medelvärdet. CBI:s kommentar: troligen rör operatörkänsligheten svarvningen. ASTM C 39-86 Standard Test Method for Compressive Strength Determination of Cylindrical Concrete Specimens: Provning av tryckhållfasthet. Inga exakta rekommendationer gällande repeterbarheten. Generell rekommendation för multipla provningar. ASTM C 672-91 (The Rapid Freeze/thaw Cycle Test) nämns som lämplig för utvärdering av avisningskemikaliens kompatibilitet med betong. Ett stort arkiv av referensdata bestående av provningsresultat finns tillgängligt. Denna metod omfattar 50 till 100 cykler under en tidsperiod av flera veckor. [2] Guidelines for the Selection of Snow and Ice Control Materials to Mitigate Environmental Impacts. Provningar enligt metoder SHRP H-205.8 och SHRP H-205.9 nämns. Författarna ( i [2]):s kommentarer till SHRP H-205.8: Frysning/upptining antas vara huvudorsaken till skadorna och resultatet blir troligen mer beroende av hur effektivt lösningen kan skydda betongen mot frysning än hur lösningarna reagerar/angriper betongen/cementpastan. Med tanke på lång frystid och relativt kort upptiningstid och att små provkroppar troligen fryser fullständigt är det mycket osannolikt (very unlikely) att något kemiskt angrepp på cementpasta blir signifikant (man får inte inblick i lösningarnas långsiktiga påverkan). Därför kan inte ett fåtal cykler användas för att bestämma långtidseffekter som lösningarna kan ha på betong. Denna metod är i första hand gjord för att testa beständigheten mot frys/tö och om man vill använda den för att få realistiska resultat av hur lösningarna påverkar betongen bör man öka antalet cykler och förlänga upptiningstider/tötider. Med tanke på att frost/tö-beständigheten inte är en egenskap som skall testas kan man tänka sig att använda högre frystemperaturer och kortare cykler. Författarna ( i [2]):s kommentarer till SHRP H-205.9: Denna metod bedöms vara mer realistisk i bedömning av lösningarnas skadeverkan än 205:8. Båda provningsmetoderna skall göras på betong utan tillsatt luft, vilket inte är relevant då betong i vägar (och riktiga konstruktioner som utsätts för frys/tö) innehåller lufttillsats som standard. Författarna påpekar att eftersom ASTN C 672-98 tillåter användning av lufttillsatt betong är den en bra alternativ provningsmetod. Användning av lufttillsatt betong skulle också begränsa den skadliga verkan av frys/tö och vara mer orienterad på lösningarnas verkan. Ett annat problem är att dessa metoder där ytan är täckt med lösning exkluderar en eventuell inverkan av