Högpresterande betng : frstbeständighet Fagerlund, Göran 1998 Link t publicatin Citatin fr published versin (APA): Fagerlund, G. (1998). Högpresterande betng : frstbeständighet. (Rapprt TVBM (ntern 7-rapprt); Vl. 713). Avd Byggnadsmaterial, Lunds tekniska högskla. General rights Cpyright and mral rights fr the publicatins made accessible in the public prtal are retained by the authrs and/r ther cpyright wners and it is a cnditin f accessing publicatins that users recgnise and abide by the legal requirements assciated with these rights. Users may dwnlad and print ne cpy f any publicatin frm the public prtal fr the purpse f private study r research. Yu may nt further distribute the material r use it fr any prfit-making activity r cmmercial gain Yu may freely distribute the URL identifying the publicatin in the public prtal Take dwn plicy f yu believe that this dcument breaches cpyright please cntact us prviding details, and we will remve access t the wrk immediately and investigate yur claim. L UNDUN VRS TY PO Bx117 221L und +4646222
LUND UNVRSTY LTND NSTTUT OF TCHNOLOGY Divisin f Building Materials HÖGPRSTRAND BTONG a FROSTBSTANDGH,T Göran Fagerlund Reprt TVBM-713 Lund, Sweden, 1998
Förrd Det natinella prjektet Högpresterande Betng bedrevs under åren 1991-1997. Finansiärer var BFR ch NUTK tillsammans med ett industriknsrtium bestående av 6 füretag: Cementa, lkem Materials, urc Betn, NCC, Skanska ch Strängbetng. tt av delprjekten avsåg den högpresterande betngens frstbeständighet. Resultat från detta delprjekt har redvisats i 8 interna rapprter, vilka kan erhållas från avdelning byggnadsmaterial, LTH. Rapprtlista ges nedan. fter prjektets avslutning har text till två handböcker sammanställts Handbk "Knstruktin" Handbk "Material ch Utfürande" Dessa kmmer att ges ut hösten 1998. Kapitel Frstbeständighet, sm utgör kap l3 i Handbk "Material ch Utfürande", utarbetades av undertecknad. Texten återges i denna rapprt. Lund, 8 september 1998 Göran Fagerlund nterna rapprter publicerade under delprjekt M2 "Fysikaliska angrepp" M2:1: Sture Lindmark: nverkan på testresultatet av variatiner i saltkncentratiner, saltfördelningar ch fryscykelutfrmning vid saltfrysprvning enligt SS 13 72 M. Lund 1993. M2:O2: Sture Lindmark: Högpresterande betngs frst- ch saltfrstbeständighet - krtfattad litteraturstudie. Lund 1993. M2:O3: Sture Lindmark: Studier av högpresterande betngs saltfrstbeständighet A: Pessimala saltkncentratiner ch varierad förlagring B: nverkan av vct/vbt. Lund 1994. M2:O4: Göran Fagerlund, Sture Lindma k: Studies f the effects n salt scaling f uter salt cncentratin, inner salt cncentratin and freezelthaw cycle. Lund 1994 M2:5: Sture Lindmark: nfluence f testing cnditins n salt frst resistance f cncrete. Lund 1995. M2:O6: Göran Fagerlund: Undersökningar av den inre frstbeständigheten hs högpresterande betng. Lund 1997. M2:O7: Katja Nrdström, Göran Fagerlund: Mätningar av inre frstbeständighet hs betng sm lagrats under ca l8 månader i vatten eller 3V NaCl-lösninmg. Lund 1998 M2:8: Göran Fagerlund ch Yang Quanbing: nner misture cnditins in high perfrmance cmncrete stred in water r salt slutin fr almst 2 years. Lund 1998.
HöcpngsrRAND BTNG FROSTgPSTANDGHT Göran Fagerlund, LTH nnehåll l. nledning. Prblemställning 2. Nuläge. Dagens betng 3. Nedbrytningstyper. Högpresterande betng versus nrmalbetng 4. Ur frstbeständighetssynpunkt relevanta egenskaper hs högpresterande betng 4.1 nledning. Definitin av högpresterande betng 4.2 Minskad frysbar vattenmängd 4.3 Okad självuttrkning 4.4 Minskad permeabilitet 5. xperimentella undersökningar av saltfrstbeständigheten hs högpresterande betng 5.1 nledning 5.2 Undersökningar av inverkan av yttre ch inre salthalt 5.3 Undersökningar av inverkan av vbt ch silikastft 5.4 nverkan av åldringseffekter 5.5 nverkan av cementtypen 5.6 nverkan av värmehärdning 5.7 Saltfrstbeständighet - slutsatser 6. xperimentella undersökningar av den inre frstbeständigheten hs högpresterande betng 6.1 nledning 6.2 Mätning av låingdändring under en-cykelfrysning av fuktlagrade prver 6.3 Traditinella flercykelförsök 6.4 nre frstbeståindighet - slutsatser 7. Tidig frysning 8. Prvningsmetder för högpresterande betngs frstbeständighet 8.1 ndirekta prvningsmetder 8.2 Saltfrysprvning 8.3 Prvning av den inre frstbeständigheten Litteratur
l3 Frstbeständighet 13 FROSTBSTANDGT Göran Fagerlund 13.1 NLDNNG. PROBLMSTÄLLNNG Frstbeständighetsprblem löses i dag genm att betngen sm måste ha relativt lågt vct förses med extra luftinblandning. Luftinblandning påverkar emellertid flertalet mekaniska egenskaper negativt vilket gör att det finns en knflikt mellan hög frstbeständighet ch gda mekaniska egenskaper: 1: Hållfastheten minskar ungefär enligt följande uttryck; Ppvics (1969). f=l.-,35'^l (13.1:1) Där f är hållfastheten hs en betng där lufthalten ökar med ÁL% ch f är hållfastheten hs samma betng före lufthaltsökningen. n ökning av lufthalten frân 2V till 57 innebär alltså en hållfasthetsminskning med ca lz%. 2: -mdulen hs cementpastafasen minskar med ökande prsitet ch lufthalt ungefär enligt följande uttryck; Helmuth &Turk (1966): ) = (-U1)' (13.1:2) Där 2ir -mdulen hs den luftfria cementpastan ch P är prsiteten (7).n ökning av lufthalten Lfrän 2V till 5V innebär alltså att cementpastans -mdul minskar med ca 9V. Betngens -mdul minskar någt mindre; strleksrdningen 5V. 3: Nötningsmtståndet minskar med ökad lufthalt eftersm hållfastheten mrnskar. nligt Dhir et al (1991) minskar nötningsmtståndet i direkt prprtin till minskningen i tryckhållfasthet. nverkan av en ökad lufthalt på de mekaniska egenskaperna sker alltså gradvis vilket visas schematiskt i figur 13.1:1. n frstutsatt betng med låg frstbeständighet kmmer på grund av frstangrepp att få dåliga mekaniska egenskaper. Samtidigt är det väl känt att små förandringar i den hårdnade betngens lufthalt vid en kritisk nivå hs denna har drastiska effekter på frstbeständigheten. nm ett snävt lufthaltsm åde övergår betngen fran att ha mycket låg frstbeständighet till att ha hög frstbeständighet. tt hyptetiskt exempel visas i figur 13.1:1. Det gäller att finna den lâgsta lufthalt sm ger såväl tillräcklig frstbeständighet sm acceptabla mekaniska egenskaper. Denna "ptimala" lufthalt kan definieras sm den lufthalt sm mtsvarar övre värdet på övergangsznen mellan låg ch hög frstbeständighet. Av säkerhetsskäl erfrdras dck någt mera luft än det absluta minimivärdet. Lufthalten får emellertid inte drivas upp alltför högt utöver detta abslut minimivärde. figur 13.1:1 visas den ptimala lufthalten schematiskt. Den mest ptimala betngen för en frstutsatt betng med höga krav på mekaniska egenskaper, t ex en vägbãna, är den sm inte kräver någn extra luftinblandning alls, utan där den naturliga lufthalten på ca 1,5-2,5 V räcker för hög frstbeständighet. Lägt vbt medger en ptentiell möjlighet att skapa betng med mycket gda mekaniska egenskaper utan att äventyra frstbeständigheten. många f ll kan hög frstbeständighet hs betng med låga vår erhållas utan att betngen förses med extra luftinblandning. l 3-1
l3 Frstbeständighet - genskap Nötningsmtstând -mdul Frstbeståndighet Hâllfasthet Lufthalt, % Figur 13.1:1. Hyptetiska samband mellan lufthalt ch lika mekaniska egenskaper, samt mellan lufthalt ch frstbeständighet. Definitin av "ptimal" lufthalt. Figure 3.1:1. Hypthetical relatins between the air cntent and dffirent mechanical prperties, and between the air cntent and the frst resistance. Definitin f the "ptimum" air cntent. 3.2 NULÄG. DAGNS BTONG l3.2zl Allmänt Frstbelastad betng utsätts för två lika typer av frstangrepp: 1. Saltfrstangrepp sm är ett rent ytangrepp förrsakat av frysning ch tösaltning, eller frysning ch havsvatten. 2.lnre frstangrepp förrsakat av att betngens inre delar är vattenmättade över en kritisk nivå. Båda nedbrytningstyperna måste beaktas vid val av betngkvalitet. Frtsättningsvis beskrivs krtfattat hur man i dag hanterar dessa frågr. 13.222 Saltfrstangrepp Betng till krävande knstruktiner i saltfrstutsatt miljö tillverkas sedan ca ett decennium med ett vatten-bindemedelstal (vbt) av ca,4 ch med extra luftinblandning. Visserligen skulle ett någt högre vbt kunna räcka m man bara ser p är nrmalt inte frysrisken utan risken för nellt har man i Sverige aldrig accepterat inblandn tng. Granulerad masugnsslagg har visat sig ge försämrar saltfrstbeständigheten. Flygaska har riatiner. Sedan 1994 tillåts dck enligt BRO 94 max 5V silikastft i brbetng. All betng för saltfrstutsatta knstruktiner förprvas nrmalt enligt; S-S 13 72 44. Såväl BRO 88 sm BRO 94 ställer krav på sådan förprvning. BRO 94 ställs ckså krav på den färdiga knstruktinens saltfrstbeständighet prvad med samma prvningsmetd' rfarenheten från de senaste årens brprduktin där gênerell förprvning av betngens saltfrstcement ch lämplig ing av hur saltfrsti strt sett alla brar t3-2
13 Frstbeständighet rfarenheten från förprvningar ch en del labratrieundersökningar är att valet av cement ch luftprbildande tillsatsmedel är mycket viktigt. Det framgår rätt klart att LAlSR-cement (t ex anläggningscement) ger avsevärt högre saltfrstbeständighet än vanligt prtlandcement; Malmström (199), eller cement med mineraliska tillsatsmaterial; Bremner et al (1989). Det förefaller ckså sm m vattenreducerande/plasticerande tillsatsmedel påverkar saltfrstbeständigheten negativt; Fagerlund (1983), Peterssn ( 989). 13.2:3 nre frstangrepp När de vet vi t vatten, vilket nrmalt är ett inre frstangrepp,,5 ch en lufthalt hs den färska betóngeì lufthalter ner mt 3 à 3,5 V har fta visat sig översti vara tillräckliga; Crdn (1966). För denna angreppstyp ställs i dag inga krav på förprvning. nté heller finns någn i Sverige etablerad prvningsmetd. n möjlighet sm diskuterats är att uinyttja metden SS 13 7214, varvid den yttre saltlösningen byts mt rent vatten. Det är emellertid klart m denna metd är direkt användbar eftersm man sällan får ytavskalning vid frysning i rent vatten. Trligen erfrdras även mätning av inre skadr, t ex ultraljudhastighet, dynamisk -mdul eller expansin. n annan möjlighet?ir att använda den amerikanska metden ASTM C 666. Denna metd används tämligen mycket internatinellt, men inte i Sverige. Tidigare hade vi en liknande nrmerad metd i Sverige för kntrll av luftprbildande tillsatsmedel; B5 (1973). Beständigheten mt inre frstskadr kan även prvas med den amerikanska "DilatinTest", ASTM C 671. tt prv sm lagrats under viss tid i vatten utsätts för en enda frysning ner till temperaturen -9,4"C, vilken lämpligen sänks till -2C för svenska förhållanden. Prvets längdändring mäts. fter upptining placeras det än en gång i vatten under en viss tid varefter en ny frysning till -9,4"C (-2'C) genmförs. Detta upprepas tills prvet får en påtaglig expansin jämfört med närmast föregående frysning. Denna fuktlagringstid definierar en s k "perid f frst immunity" sm är den tid prvet kan ta upp vatten utan att skadas vid en efterföljande frysning. n liknande metd är den sk "kritiska vattenmättnadsgradsmetden" ; Fagerlund (97 7 a). n alternativ prvningsmetd är den finska indirekta metden "prtective pre rati" enligt vilken en betng sm skall vara frstbeständig måste, efter en viss tids vattensugning, ha en resterande luftfylld prvlym sm är minst 27 (alt 25V) av vlymen av betngens blandningsvatten. Metden beskrivs i Vurinen (197), (1983). Oavsett vilken frysprvningsmetd sm används visar det sig att den hårdnade "nrmalbetngen" måste ha en viss lufthalt för att vara frstbeständig vid frysning i rent vatten. Strleken på denna minsta lufthalt berr på fuktnivån sm betngen utsätts för i praktiken. 13.3 NDBRYTNNGSTYPR.HÖGPRSTRANDBTONGJÄMFÖRDMD NORMALBTONG 13.3:1 Saltfrstangrepp Saltfrstangrepp kan ske när betngen mges av en saltlösning, tex havsvatten eller tösalt. Skadrna utgörs ftast av en ytavskalning. Denna berr trligen på att iskristaller sm bildats i kapillärprer i betngens yta växer genm att dra till sig fruset vatten från den yttre lösningen. n mera detaljerad analys av denna nedbrytningsmekanism har genmförts av Lindmark (1996). Mekanismen leder till existensen av en farligaste ("pessimal") saltkncentratin hs den yttre lösningen. För "nrmalbetng" förefaller denna kncentratin ligga inm mrådet2-4 7 berende av saltkncentratinen hs prlösningen. xempel på en sådan pessimal yttre saltkncentratin visas i figur 13.5:3. För betng med mycketlârya vbt förefaller den pessimala saltkncentratinen vara betydligt mindre väldefinierad; se figur 13.5:4 ch 13.5:5. Saltavskalningen tycks för "nrmalbetng" öka kraftigt med sänkt temperatur; se figur 13.5:3. nligt försök av Lindmark (1995) gäller för fryscykler enligt figur 13.5:2 ch för nrmalbetng med vct=o,4 följande mycket apprximativa relatin; se figur 13.5:3: l3-3
13 Frstbeständighet s= knst.min2 (13.3:1) Där S är avskalningen i kglmz ch * n är lägsta frystemperatur i betngen under fryscykeln. Frystemperaturen -1'C ger alltså enbart ca25 V av de skadr sm -2"C ger. För betng med läga vbt trde temperatureffekten vara än större eftersm det erfrdras tämligen låga temperaturer för att man överhuvud taget skall få isbildning i en tät betng; se figur 13.4:2. Den inre saltkncentratinen i prsystemet tycks spela liten rll för skadeförlppet vilket framgår av figur 13.5:3. Orsaken är trligen att den inre prlösningen till skillnad från den yttre lösningen genm sin begränsade vlym inte kan bidra till en "hämmad" iskristalltillväxt i betngens yta. Redan efter en liten iskristalltillväxt har en så kraftig uttrkning skett att iskristalltillväxten stppar; Pwers & Helmuth (1953). Figur 13.5:3 gäller för en betng med vct=,4, dvs i princip dagens brbetng. nverkan av den inre salthalten trde inte vara större för högpresterande betng med dess läga vbt. sådan betng är nämligen inflödet av salt i ytan mycket långsam varför inre salthaltern trde bli lägre än i nrmalbetng. Saltfrstnedbrytningen kräver att en viss mängd iskristaller kan bildas i betngens yttre delar, dvs prsystemet får inte vara så fint att ingen is kan bildas. skristalltillväxten kan ske spänningslöst m den sker i luftprer. Därför kmmer luftinblandning att skydda betngen; Pwers & Helmuth (1es3). högpresterande betng med lägt vbt bildas mindre mängd is än i nrmalbetng; se avsnitt 13.4:2. Man kan därför terretiskt sett tänka sig att saltavskalning inte är möjlig ens i luftfri betng mvbt är tillräckligt lågt. xempel på att så kan vara fallet visas i figur 15.5:5 ch 13.5:6. Detta förutsätter dck att åldringsfenmen inte gör att ytans täthet på sikt minskar varvid frysbara vattenmängden ökar. tt sådant åldringsfenmen är karbnatisering vilken visat sig kunna mer eller mindre helt ödelägga saltfrstbeständigheten hs betng tillverkad med vissa cementsrter; Matala (1995), Stark & Ludwig (1995). Se även figur 13.5:1. 13.322 nre frstangrepp nre frstangrepp kan ske när betngen under längre tid mges av rent vatten. Skadrna uppträder ftast i betngens inre delar medan ytan är intakt. Skadrna bserveras fta genm att betngen visar tecken på expansin. Den har då en mer eller mindre mfattande sprickbildning, sk "mapcracking", etl hönanätsliknande sprickmönster över hela betngytan, eller "D-cracking", sprickr parallella med fria kanter på betngknstruktinen; Crdn (1966). Skadr kan även detekteras genm förlust i hållfasthet ch -mdul. Skadersaken är trligen dragspänningar sm skapas av det hydrauliska tryck sm uppstår när vatten måste pressas undan från den plats där is bildas till närmaste luftfyllda utrymme, t ex en luftfylld s k lutpr; Pwers (1949). ñ annan mekanism är den sk mikrskpiska islinsbildningen. s i större kapillärer förmår dra till sig fruset vatten från mindre kapillärprer ch gelprer. De växer därvid ðh utsätter prväggen för ett tryck sm kan skada betngen; Pwers & Helmuth (1953), verett (1961). Deñna mekanism Zir i grunden densamma sm den sm antagits gälla för saltfrstangrepp; se van. nda skillnaden är att vattnet sm erfrdrs för iskristalltillväxten denna gang kmmeì fran betngens inre prvatten i stället för fran den yttre saltlösningen. Därvid begränsas iskristalltillväxten av den begränsade mängd fruset vatten sm finns i prsystemet, ch av det prvattenundertryck sm uppstår på grund av att iskristalltillväxten medför en uttrkningseffekt. För att skadr skall ske måste betngen innehålla tillräcklig mängd frysbart vatten. Det krävs dck mycket liten vattenmängd när betngen är fullständigt vattenmättad; 5-1 liter/m3; Fagerlund (1995). Större vattenvlymer instängda i t ex vattenseparatinsfickr, i större vattenfyllda prer, t ex kllapsade, kntinuerliga vattensugande luftprsystem, eller i prer i de grva ballastkrnen kan således leda till stra inre frstskadr. Luftinblandning skyddar betngen, dels genm att tillhandahålla expansinsutrymmen vilka minskar det hydraulìska trycket, dels genm att tillåta platser för sådan mikrskpisk iskristalltillväxt sm kan ske spänningslöst. t3-4
l3 Frstbeständighet Högpresterande betng med lågt vbt kan teretisk sett inte få inre frstskadr m dess struktur är så tät att inget prvatten är frysbart. Trligen kan man tillverka cementpastr sm har denna egenskap; se figurl3.4:2. Man kan emellertid inte förvänta sig att en betng tillverkad av denna pas[a är kadr. n betng åir nämligen aldrig helt defekt tt e delar sm kan innehålla vatten. Betngen kan r. att den frysbara vattenmängden gradvis ökar. i figur 13.4:3 ch 13.4:4. n hög vbt har låg permeabilitet. Det hydrauliska trycket är mvänt prprt ch direkt prprtinellt mt mängden frysbart vatten; Pwers (1949). iska trycket i högpresterande betng teretiskt sett kan bli lika högt sm hs nrmalbetng trts att mängáen frysbaii vatten är betydli[t mindre. Följaktligen kan det tänkas att man måste ha en lika väl fcjrdelad luftprstruktur i en högpresterande betng sm i en nrmalbetng. Att betng med mycketläga vbt utan extra luftinblandning kan vara känslig för inre frstangrepp visas av försök; se avsnitt 13.6:3 samt figur 13.6:2,13.6:3 ch 13.6:4. Den sk kritiska avståndsfaktrn är ett mått på vilka spänningar sm uppstår när betngen fryser. Om den kritiska avstandsfaktm minskar ökar påkänningarna. nverkan av vbt på den sanna kritiska avståndsfaktrn är känd. Det finns några försök sm visar att den kritiska s k fiktiva avståndsfaktrn (alla luftprer inråiknas vid beråikning av avståndsfaktm) ökar kraftigtvidvbt mindre än ca,35; se figur 13.3:1, Okada et al (1981). Den kritiskafiktiva avståndsfaktrn är emellertid annrlunda än den kritiska sanna avståndsfaktrn. Den sanna avståndsfaktrn berr på hur frysförsöket genmförs. Om prvet är förhållandevis trrt kmmer den sanna avståndsfaktrn att vara låg eftersm luftpsystemet inte är vattenfyllt. Om samma prv utsätts för en mera fuktig frysprvning kmmer den sanna avståndsfaktrn att bli högre eftersm vissa luftprer är vattenfyllda. Den japanska undersökningen trde ha genmförts med prver vars fuktnivå var relativt lägre vid låga vbt än vid nrmala eller höga vb berende på självuttrkningseffekter, lägre permeabilitet, etc i betngerna med låga vbr. Dåirför trde resultatet sm visas i figur 13.3:l vara delvis missvisande. en fuktigare miljö kan mycket väl den kritiska sanna avståndsfaktrn bli ungeftir lika hög sm för nrmalbetng. Beträffande definitinen av sann resp. fiktiv avståndsfaktr, se Fagerlund (1994). õ Þ c.<ú Beslåndigh tslakr>9% a B ståndightslal(r <9!,6 (ú.l! i!- r ü ûîr c -- Â a O,25 '3 '4O O,5O VCt Figur 13.3:1. Samband mellan den kritiska fiktiva avståndsfaktrn ch vct;okada et al (1981). Resultat efter 3 cykler med frysprvningsmetd ASTM C 666. Figure 13.3:1 Relatin betvveen the critical fictitius spacing factr and the w/c-rati. Results after 3freeze-thaw cycles inthe ASTM C 666 test. Okada et al. (1981). Den lägre frysbara vattenmängden hs betng med lågt vbr medför att den mikrskpiska iskristalltillväxten trde ha mindre möjligheter att utvecklas, vilket är en gynnsam faktr. Betng med låga vbthar en avsevärd självuttrkning. xempel visas i figur 13.4:7 ch 13.4:8. Denna effekt kan kvarstå under flera år. Detta kmmer att ha en mycket psitiv effekt på den inre frstbeständigheten. Självuttrkningseffekten kan förklara varför man fta får mycket hög frstbeständighet vid labratrieprvningar av nrmalhärdad högpresterande betng. Man kan emellertid inte utesluta att självuttrkningsprerna på sikt gradvis fylls med vatten. Detta innebär att risken för frstskadr ökar. xempel på effekten av vattenlagringstiden på expansinen under frysning visas i figur 13.6:1. Självuttrkningseffekten måste således beaktas vid tlkning av ett labratrieförsök med högpresterande betng. Om prvningen startar när betngen är ung ch starkt självuttrkad kan den inre frstbeständigheten hs betngen i verklig miljö överskattas. r 3-5
l3 Frstbeständighet 13.4 UR FROSTBSTANDGTSSYNPUNKT RLVANTA GNSKAPR HOS HöGPRSTRAND BTONG 14.4:l nledning dag används ftast betng med, vbt=,4 till svenska brar ch andra utsatta anläggningsknstruktiner. Dagens brbetng är alltså genm sitt låga vbr i viss mån "högpresterande". rfarenhetsmässigt kräver dck sådan betng luftinblandning för att vara frstbeständig. Se även figur 13.5:7. Betng med ännu làgre vbt kan under vissa förutsättningar vara frstbeständig äve n utan extra luftinblandning. Högpresterande betng har vissa egenskaper sm kmmer att ha str inverkan på dess frstbeständighet. Denna inverkan är ftast psitiv men kan även vara negativ. De viktigaste egenskaper sm skiljer högpresterande betng från nrmalbetng beskrivs tämligen utförligt nedan. Vissa av dessa skillnader berördes även krtfattat i avsnitt 13.3. 13.422 Minskad frysbar vattenmängd Fryspunkten hs prvatten berr på prens strlek. Ju finare prsystem dest mindre andel frysbart vatten. Vid tillräckligt fint prsystem är inget vatten frysbart. tabell 13.4:l visas samband mellan prdiameter ch ungefiirlig fryspunkt. Tabell 13.4:1. Samband mellan prdiameter ch fryspunkt samt den relativa fukt (RH) där kapillärkndensatin sker i pren; Fagerlund (974). Table 13.4:1. Relatinbetvveenthe pre diameter, thefreezing pint f prewater andthe RH at which capillary cndensatin ccurs in the pre; Fagerlund (1974). Frystemperatur "c a -6-1 -15-2 -3-4 Prdiameter nm 127 44 27 t9 15 11 9 RH V 98 95 92 88 85 79 74 Detta innebär att m alla prer i betngen är mindre än ca 15 nm (,15 rm) så kan inget vatten frysa förrän temperaturen sjunkit till -2"C. Mätningar av prstrleksfördelningar hs cementpasta visar att prfördelningen minskar kraftigt med s inkt vbt.lnblandning av silikastft ger ytterligare förfining av prsystemet. xempel på detta visas i figur 13.4:1;Zhang & Gjørv (1991). Uppenbarligen är emellertid aldrig prfördelningen så fin att inte en str mängd vatten är ptentiellt frysbart vid nrmalt förekmmande frystemperaturer. xempel l: Yidvbt =,2 är enligt tabell 14.4:l ch figur 13.4:l den ptentiellt frysbara vattenmängden vid -2"C ca,5 cm3/g respektive,35 cm3/g hs cementpasta utan respektive med silikastft. Uttryckt i mängd vatten i en betng med cementhalten 6 tcg/m3 blir den ptentiellt frysbara vattenmängden ca 3 liter /m3 respektive ca2 liter/m3. Detta är tillräckligt för att medföra ttal sönderfrysning av en vattenmättad betng; Fagerlund (1995). verkligheten förblir en str andel vatten underkylt ch fryser inte förrän vid lägre temperatur (ca -4'C) då isbildning initieras genm sk hmgen isbildning. xempel på mätningar av frysbar vattenmängd hs jungfruliga cementpastr (aldrig utsatta f<ir trkning) visas i figur 13.4:2; Bager & Sellevld (1982). n pasta med vcl=,35 har i strt sett ingen frysbart vatten vid temperaturer överstigande ca-2o"c. Vid denna temperatur fryser en liten vattenmängd. 13-6
l3 Frstbeständighet När samma cementpastr tinas efter att ha varit frusna vid -55C sker smältning vid betydligt högre temperatur än den där isbildning skedde. Smältning sker gradvis ch stra vattenmängder tinar vid ca -2 à -5"C, vilket överensstämmer väl med de smältpunkter sm kan hárledas ur prfördelningen. Denna stra skillnad mellan isbildning ch issmältning tyder på att lkal underkylning av prvatten sker under nedfrysningsfasen. Man kan därför inte utesluta att cementpasta under vissa betingelser, tex på grund av åldringsfenmen, ändras strukturellt så att allt ptentiellt frysbart vatten ckså verkligen fryser vid sin "rätta" temperatur genm att isbildning initieras, "nukleeras", av is sm bildats i grövre prer eller på materialytan. Att så kan vara fallet visas av figur 13.4:3; Sellevld et al (1982). Cementpastr med vbt =,6 ch med 8 % ch 16 % silikastft ch sm aldrig trkats, har låg frysbar vttenmängd vid nrmala frystemperaturer. fter en enda uttrknings-uppfuktningscykel ökar den frysbara vattenmängden drastiskt. Skillnaden mellan pastr med ch utan silikastft blir ckså starkt minskad. Andra exempel på inverkan av en uttrknings-uppfuktningscykel visas i figur 13.4:4; Vurinen (1973). Prtlandcementbetng med vct <,4 har mycket liten frysbar vattenmängd när betngen aldrig trkats; <1 liter/m3 vid vcl=,4. När betngen trkats kraftigt en enda gång ch sedan återuppfuktats har frysbara vattenmängden i samma betng ökat till ca 65 liter/m3. Detta måste påverka risken för frstskadr mycket kraftigt.. l ).6 (Ð- F c).6 A ttil S/(w+S) = - wc{,2 - r {lc={,25 - WrC{,3 õ.4 -.z. t \ \ t\ 1 \ r l. t ql ' e).6 B 1 Prdiameter nm lllll S/(W+S)=t7 W(c+sF{,2 W(c+sl=,25 W(C+S}{,3 ->.{ fl.2 \' { \. t r r Prdiameter nm Figur 13.4:1. Prstrleksfördelningar bestämda med kvicksilverprsimetri för cementpastr med lårytvbt;zhang & Gjörv (1991). A: Utan silikastft. B: ÙV silikastft. Figure 13.4:1. Pre size distributins determined by mercury prsimetry. Cement pastes with lw water-binder rati. A: Withut silica fume. B: With silica fume. Zhang & Gjørv ( 99 ). t3-7
l3 Frstbeständighet 4. A (d L (f,.= = (ú(ú l L : $ L (d 3. 2.O 1. 3. B b e d c e. a a.5? (ú L ct) =-- (ú - c J U) 2.O c.5 1. -6-5 -4-3 -2 Temperatur -1 c 1 Figtn 13.4:2. Kalrimetermätningar av frysbart vatten hs cementpastr sm aldrig trkats; Bager & Sellevld (1982). A: Nedfrysning. B: Upptining. (a. vct=,35:b.vct=o, O; c. vcf=o,45; d. vct=,5; e. vct=,6). Figure 3.4:2. Calrimetric measurements f the freezable water in never-dried cement pastes. A: Freezing. B: Thawing (a, b, c, d and e: Dffirent water-cement ratis). Bager & Sellevld (1982} Överslagsmässigt mtsvarar den frysbara vattenmåingden hs en kapillärmättad betng, sm "åldrats" genm en kraftig uttrkning, allt vatten i kapillärprerna; Fagerlund (1995): wf = C(vbt-,39'a) (13.4:1) Där w (kg/m3)ar den frysbara vattenmängden, C (kg/m3) är cementhalten ch ø är hydratatinsgraden. Frmeln gäller överslagsmässigt även för betng med restmaterial. Den ger då resultat på "qäkra sidan". Ju lägre vbl dest lägre hydratatinsgrad uppnås. Därför kmmer en sänkning ãv vbt inte nödvändigtvis att medföra att den ptentiellt frysbara vattenmängden minskar sarikilt mycket hs en åldrad betng. Prverna i figur 13.4:3 ch 13.4:4 är trkade mycket hårt före återuppfuktningen (+5"C ch +15"C). Andra försök visar emellertid att även en mildare trkning ökar den frysbara vattenmängden kraftigt; se tex figur 13.4:5, Sellevld and Bager (1981). Opublicerade försök vid LTH bekräftar detta. Trkning vid en så pass hög RH sm 87 visade sig öka den frysbara vattenmängden påtagligt; Mdéer (197 4). l3-8
13 Frstbeständighet s i (ú 1 % silikastft 8 % silikastft 16 % silikastft Ë G' - U' ò Þ ) c :ct -6-4 -3-2 -1 Temperatur, C Figur 13.4:3. Frysbar vattenmängd under nedfrysning av cementpasta med vbæ,6 ch med 7, 8V ch 17 silikastft; Sellevld et al (1982). Område a: Aldrig trkade pastr. Område b: Trkade vid +5C ch återuppfuktade. Figure 3.4:3. Freezable water during freezing f cement pastes cntaining }V, 8 7 and 16 V silica fume. Area a: Never-dried cement pastes. Area b: Dried and re-saturated. Sellevld et al (re82). cq) -Y. '= cq) C) (ú 1 \ ) c :(tt cq) (ú (ú (Í, à LL 1 Ttal vattenhalt i betnst / a a / ^a t# a / a,3,4,5,6,7,8,9 / vct / a a B/ /" ô { -ÕA Å ó ø { *y P t Figur 13.4:4. Mätningar av frysbart vatten hs betng sm aldrig trkats (kurva B) eller sm trkats vid +15"C ch återuppfuktats (kurva A); Vurinen (1973). Figure 13.4:4.Measurementsffreezablewaterinnever-driedcncrete(curveB)rindriedand re-saturated cncrete (Curve A). Vurinen (1973) 13-9
l3 Frstbeständighet! (ú C') -1 ) -_.=(ú _ (ú.y ) :(Ú (ú - l Ø 6 a: lcke trkad b: Trkad till 58% RH ch àteruppluklad a Kalrimetertemperatur ('C) w ea wf (-1) wf (-55) trnf ( -55) e 3?9.29. r.84 195 b. 378. 195.2r9. 159 Figur 13.4:5. nverkan på mängden frysbart vatten i cementpasta med vct=,6 av en trknir_lg_ till lika RH följd av återuppfuktning till fullständig vattenmättnad; Sellevld & Bager (1981). Wes= W Wn vattenmängd hs mättat prv. W - frysbart vatten, Wnf = icke-frysbart vatten. Siffran inm parentes anger frystemperaturen för vilken W ch Wn gäller. Figure 13.4:5. ffict f drying t dffirent RH-levels and re-saturatin t full saturatin n the amunt f freezable water f cement paste with w/c=,6. W"r= ttal evaprable water at saturatin. W freezable water, Wr,1=nsn- reezable water. Sellevld & Bager (1981)' Slutsats äga vbt medför att den frysbara vattenmängden eñ kan bli så låg att frstskadr möjliggörs. På e utesluta att den frysbara vattenmängden på sikt :ng finns dessutm alltid defekter sm kan fyllas med frysbart vatten. Det är därför rimligt att antz att man aldrig kan göra en- betng så fjnprös att det inté etngens livstid finns tillräckligt mycket vatten för att frstskadr skall kunna u är hèlt vattenmättad. Genmförda försök visar ckså att även betng med my sa sönder; se avsnitt 13.6:3. Den frysbara vattenmängden kmmer i flertalet fall alltid att vara lägre i en högpresterande_ betng än i en nrmalbetng. DãrfOr kmmer de skadr sm uppstår nrmalt att vara mindre i en högpresterande betng med lågt vb. bästa fall är den frysbara vattenmängdeq 9å fåg alt tex saltavskalning inte kan ske på grund av brist på expanderande iskrppar. Denna effekt kan kntrlleras med saltãvskalningsfriök varvid åldringseffekten måste beaktas; se avsnitt 13.8:2. 13.423 ötaa självuttrkning Betng med lågt våf kmmer att självuttrka på grund av cementreaktinen. Vlymen självutrkningsprer kan beräknas ur: Vs=,63.a.C (Vr)^r=,16'vbtC -,16'w ncir a= amax=vbt/,39 Ç3.4:2) (13'4:3) r3-1
l3 Frstbeständighet Där V, (liter/m3) är vlymen självuttrkningsprer, ø är hydratatinsgraden, umaxär maximalt möjlig hydratatinsgrad, C (kg/m3) är cementhalten ch w(literlm3) är mängden blandningsvatten. Frmeln gäller apprximativt även för betng med restmaterial. Högpresterande betng.har nrmalt alltid högre cementhalt än nrmalbetng vilket ökar vlymen självuttrkningsprer. A andra sidan är hydratatinsgraden vid given ålder lägre. Man kan inte få en vlym självuttrkningsprer sm överstiger värdet (Vr)^* enligt ekv (13.4:3). Detta värde mtsvarar maximalt möjlig hydratatin. Vlymen självuttrkningsprer är alltså nrmalt inte högre i högpresterande betng än i nrmal betng. Däremt är effekten på inre RH betydligt större vilket berr på den finare prstrukturen hs högpresterande betng, vilket gör att jamviktsfuktkurvan blir mera hrisntell vid höga RH. Principen för detta visas i figur 13.4:6. När självuttrkningen gått så långt att inre RH understiger 857 finns enligt tabell 13.4:1 inget frysbart vatten förrän vid -2"C. Därför kan inga frstskadr ske vid temperaturer överstigande -2'C. Vttenhtl, Vlg (kglm3 l NC = nrml betng H PC= h ögpresterqnde betng  w tpc a whc ôrh RH (%} A RH HPC '1 Figur 13.4:6. Principiellt utseende hs srptinsistermen hs nrmalbetng ch högpresterande betng. nverkan av självuttrkningen på RH. ARH är självuttrkningen förrsakad av hydratatinen ÂW. NB är nrmalbetng. HPB åir högpresterande betng, Figure 13.4:6. Shape f the srptin istherm f nrmnl cncrete (NB) and high perfrmqnce cncrete (HPB). ARH is the self-desiccatin caused by the hydratin AW. ytan på en fuktbelastad betng, tex en tösaltad betng, kmmer självuttrkningen att gradvis upphävas genm att vatten transprteras in före, under ch efter frysningen. Därför kmmer självuttrkningen trligen inte att ha någn sm helst psitiv inverkan på saltfrstbeständigheten. Saltfrstskadr sker nämligen i de allra yttersta millimetrarna av betngytan. det inre av en fuktbelastad betng kmmer självuttrkningseffekten att vara märkbar under mycket lång tid i en betng med lågt våt. xempel på detta visas i figur 13.4:7; Fagerlund & Yang (1997). tt strt antal betngcylindrar med diameter 1 mm lagrades under 2 år i vatten. Prver tgs därefter ut på lika avstånd från den fuktexpnerade ytan utan att fukt tillfördes eller brtfördes. RH bestämdes hs de uttagna prverna. Sm synes är självuttrkningseffekten märkbar redan ett par centimeter från ytan trts den långa fuktlagringstiden. Vattenmättnadsgraden bestämdes för samma prver. Resultatet visas i figur 13.4:8. Kvalitativt samma resultat sm för RH erhölls. Redan på ett par centimeters djup är vattenhalten lägre än i l3-l
13 Frstbeständighet ytan, vilket visar att betng med lågt vbt är erhört tät mt fuktinträngning. Ju lägre vbt dest lägre är vattenmättnadsgraden på givet avstånd från ytan. Slutsats Självuttrkningseffekten är påtaglig i högpresterande betng. Den kmmer att ha str psitiv inverkan på betngens inre frstbeständighret men knappast på dess saltfrstbeständighet. Man kan inte utesluta att självuttrkningsprerna på sikt återfylls med vatten, åtminstne på några centimeters djup från ytan. Därvid kmmér den psitiva effekten att försvinna. Detta måste beaktas vid frysprvning av högpresterande betng. Frysförsök startar fta tämligen krt tid efter åiutning. Betngen k rkad ch resultatet av prvningen visar på hög inre frstbeständighet. llertid betngen att under vissa betingelser vara mycket fuktigare. Frysp fall den verkliga frstbeständigheten. xempel på denna effekt visas i figur 13.6:1. 1 98 96 s À É. 94 92 9 88 86 +Al +Bl -+Dl -rel +Fl WC=,4 w/c=,35 W/C=,33 W/C=,3 wlc={,2'l 84 2 3 4 5 Avstånd från centrum av prvet (cm) s - É. 1 98 96 94 92 9 88 86 * B2: WC=O,35. S=17 # D2: wcr,33. S=57 1? 2: WC=O,3. S=17 * F2: WlC={,27.S=5V 84 2 3 4 Avstånd från centrum av prvet (cm) 5 Figur 13.4:7. nre RH på lika djup från mitten ay 1 cmjjcka.-betn^gpr.ver sm.lagrats kntinuerlìgt i vatten under 2 ãr; Fagerlund & Yang (1997). (a) OV silikastft. (b) 5 V eller l 7 silikastft. nternal RH n have been cnti e. Fagerlund & ths frm the expsed surface f cm thick cncrete d in water fr 2 years. (a) V silica fume. (b) 5 V r t3-12
l3 Frstbeständighet 1..9.8.7.ó.5 2 34 Avsttlnd f dn mitten lcm) 5 1. s.9 8 t 82: WC=,35. S=1% ô D2: WC=O,33.5=5V X 2: rw/c=,3. S=17 * F2: W/C{,27. S=SV 7.ó 5 34 Avstônd frôn mitlen (cml 5 Figur 13.4:8. Vattenmättnadsgraden på lika djup från mitten av 1 cm tjcka betngprver sm lagrats kntinuerligt i vatten under 2 år; Fagerlund & Yang (1997). (a) ÙV silkastft. (b) 5 V eller 1 7 silikastft. Figure 13.4:8. The degree f saturatin n dffirent depths frm the expsed surlace f l cm thick cncrete specimens thdt have been cntinuusly slred in water fr 2 years. (a) V silica fume. (b) 5 V r l V silicafume. Fagerlund & Yang (1997). 13.424 Minskad permeabilitet 13.4:4.1 Allmänt Den finare prstrukturen i högpresterande betng medför en kraftigt minskad permeabilitet för vatten ch jner. Detta kan förväntas påverka frstbeständigheten på följande sätt. l3-13
l3 Frstbeständighet 13.4:4.2 Saltavskalning nverkan på diffusinen av lösta jner har trligen marginell effekt på saltfrstbeständigheten. Flertalet försök visar nämligen att det är den yttre saltkncentratinen sm spelar rll för saltfrstbeständigheten ch inte den inre; se figur 13.5:4. Dessutm bestäms saltavskalningen av tillståndet i de yttersta millimetrarna av betngen. Där trde skillnaden i prvattnets saltkncentratin mellan en nrmalbetng ch en högpresterande betng vara liten. nverkan på vattentransprten har trligen större betydelse. Saltavskalning trde nämligen sammanhänga med att vatten sugs in från den yttre lösningen till iskrppar i betngens ytliga prer; Lindmark (1996). Ju snabbare denna transprt kan ske, dest större iskristalltillväxt kan ske, ch dest större skadr sker. Den lägre permabiliteten hs högpresterande betng är därför en fördel. Aven fryscykelns utseende har str betydelse. n lägre permeabilitet kan mtverkas av längre möjlig tid för vattentransprt över ytskiktet. Detta framgår av figur 13.5:4(d) sm visar att en längre tid vid -22C ger avsevärt större avskalning hs betng med vct=,4 än en krtare tid. Man kan inte helt utesluta att det finns fryscykler sm är gynnsammare för högpresterande betng än för nrmalbetng. Detta måste beaktas vid val av fryscykel i samband med prvning av högpresterande betngs saltfrstbeständighet; se avsnitt 3.8:3. 13.4:4.3 nre frstskadr Jndiffusin har ingen betydelse för risken för inre frstskadr. Däremt har transprthastigheten för vatten avgörande betydelse. Den minskande transprtförmågan kan ha såväl psitiv sm negativ betydelse. Psitiva faktrer: nre frstskadr berr på att betngens inre delar är vattenmättade över en viss kritisk nivå. För en betng med extra luftinblandning mtsvarar den kritiska vattenhalten nrmalt att en viss andel av luftprerna är vattenfyllda; Fagerlund (1979). För en betng helt utan luft mtsvarar den kritiska vattenhalten att kapillärprerna inte är helt vattenfyllda, dvs i mycket fuktig miljö kan detta tillstånd bara uppnås m betngen är permanent starkt självuttrkad. Ju lägre fukttransprtförmågan är dest längre tid erfrdras för att betngen skall uppnå den kritiska fuktnivån. Därför kmmer teretiskt sett en högpresterande betng att ha en högre ptentiell livslängd än en nrmalbetng med exakt samma luftprstruktur ch exakt samma kritiska avståndsfaktr. Med "ptentiell livslängd" avses den tidrymd sm erfrdras för att betngen skall bli kritiskt vattenmättad när den suger vatten fritt. måttligt fuktiga miljöer, där betngen ömsevis trkar ch uppfuktas, kmmer därför den lägre permeabiliteten hs högpresterande betng att vara en starkt psitiv faktr. många miljöer i verkligheten är emellertid fuktbelastningen fta så varaktig att skiilnaden mellan de båda betngtyperna på sikt utjämnas. Den psitiva effekten av den lägre transprtkefficienten hs högpresterande betng mtverkas av den långa fuktabsrptinstiden. Detsamma gäller betng utan extra luftinblandning. n sådan betng är aldrig frstbeständig vid de ybt sm i dãg används i "nrmalbetng"; vbt >,4. Självuttrkningsprerna vattenfylls efter tämligen krt tid i sådan betng. Högpresterande betng utan extra luftinblandning kan vara frstbestzindig under en längre tid på grund av självuttrkningseffekten. Det är emellertid sannlikt att den skall förbli frstbeständig vid mycket långvarig fuktbelastning. Negativa faktrer: Den minskade permeabiliteten har den negtiva effekten att mtståndet mt undanpressat vatten i samband med isbil ning ökar. Därvid ökar det hydrauliska trycket vid given isbildningshastighet. Följden är att det sk kritiska avståndsfaktrn, dvs det maximalt tillåtna medelavståndet mellan luftfyllda prer, minskar. Detta innebär vid förändrade förhållanden att lufthalten måste öka m frstbeständigheten skall bibehållas. Denna effekt kmpenseras trligen av att isbildningshastigheten, dvs vattenflödet, minskar ju lägre vbt är. Vi vet ännu inte hur den kritiska avståndsfaktm påverkas av vbt; se avsnitt 13.3:2. 13-14
l3 Frstbeständighet Om betngen skulle bli mycket tät, tex vid mycket lâ,gt vbt ch användning av str mängd silikastft, kan man tänka sig att vatten sm fryser lkalt i en pr, eller inne i en defekt, elleiinne i ett ballastkrn, inte kan ta sig därifrån. så fall kmmer höga lkala tryck att uppstå i betngen m det parti där frysningen sker är helt vattenmättat. Man riskerar alltså att betngen fryser sm m den vre en helt sluten behållare. Detta är i så fall en farlig situtatin eftersm den innebär att högpresterande betng skulle vara mycket känslig för frysning av vatten i lkala defekter. Sådana äif ex. enstaka prösa ballastkrn, vattenseparatinsfickr, sprickr, kllapsade ch därför vattensugande "luftprsystem", etc. n nrmalbetng klarar sådana defekter bättre eftersm vatten i en sådãn betng har stöne möjlighet att ta sig till luftfyllda utrymmen utan att skadliga spänningar uppstår. 13.4:4.4 Slutsatser nverkan av den minskade diffusinsförmågan för lösta jner trde ha marginell betydelse såväl för saltavskalning sm för inre frstskadr. Den minskade permeabiliteten för vatten har psitiv betydelse för saltfrstbeständigheten. Den har ckså psitiv inverkan på inre frstbeständigheten hs betng sm expneras för måtttigt hög ch temprär fuktbelastning. För betng sm är knstant utsatt för fukt utan möjlighet att trka trde den minskade permeabiliteten ha liten psitiv betydelse. Den kan till ch med vãra negativ i de fall där den högpresterande betngen innehåller vattenfyllda defekter. 13.5 XPRMNTLLA UNDRSÖKNNGAR AV SALTFROSTBSTÄNNTC. TN HOS HöGPRSTRAND BTONG 13.5:1 nledning Saltfrstbeständighet bestäms experimentellt genm att en eller flera ytr på ett betngprv utsätts för en saltlösning under såväl nedfrysnings- sm upptiningsförlppet. Olika metder används i lika länder. Sverige används metden, SS 13 72 44. n halv kub expneras därvid för en 3-prcentig NaCl-lösning på sin överyta. Prvets sidr ch btten är fuktislerade ch det förvaras i en behållare av cellplast vilket ger någrlunda enaxiell frysning ch smältning. Viktförlusten sm funktin av antalet fryscykler mäts under minst 56 cykler (dygn). andra länder, tex Tyskland, sänks en kub ner i 37 NaCl-lösning. Fryscykeln är däremt ungefär densamma sm i Sverige. Finland dppas kuber i mättad frusen NaCl-lösning. Fryskurvan är därför annrlunda än i tyska metden. den sk CDF-metden används samma prver sm i den svenska metden men förbehandlingen är någt annrlunda. Dessutm är frysytan vänd nedåt ch fryscykeln hälften så lång; RLM (1996). Dessa skillnader mellan lika prvningsmetder måste beaktas när man skall bedöma resultatet av en saltfrysprvning. De kan fta förklara de lika skillnader i saltfrstbeständighet man uppmäter med lika metder. Det har visat sig att förbehandlingen av prvet har mycket str betydelse. Små variatiner i den fuktknditinering sm görs före start av frysningen har str effekt. Undersökningar tyder på att det karbnatiserade skiktet är av avgörande betydelse för resultatet vilket inte är så egendmligt eftersm det är det yttre lagret av betngen sm fryser lss. Karbnatiseringsskiktets tjcklek ch egenskaper är mycket kraftigt berende av fuktnivån under förlagringsperiden. tt exempel på den stra effekten av lagringsförhållandena visas i figur 13.5:1;Utgenannt & Peterssn (1997). Två lika betnger har här förlagrats i 57 RH resp 65V RH. Denna till synes marginella skillnad har str betydelse för saltavskalningen sm uppmättes i prvningen, vilket med str säkerhet berr på att karbnatiseringen går snabbare vid 657 RH än vid 5V RH. detta fall har prtlandcement använts. Detta påverkas uppenbarligen psitivt av karbnatisering. Andra cementsrter, t ex slaggcement, påverkas starkt negativt av karbnatisering; Matala (1995), Stark & Ludwig (1995). Orsaken är trligen att det karbnatiserade skiktet får en förgrvad struktur sm har mycket låg saltfrstbeständighet. nligt Stark ch Ludwig (1995) är det karbnatiserade skiktet hs betng med slaggcement dessutm mindre stabilt ch löses upp i klridlösning. Dessa effekter av ytans egenskaper ch hur dessa påverkas av små förändringar i förlagringsmetden måste beaktas vid värdering av resultatet av saltfrstprvningar. l3-15
13 Frstbeständighet $j ).Y q).ç c (ú, -41:657J2C +A2:s"/J2 <-B'l:65/J2C <-B.2:s"/J2 -r/. U',1 /--"---4---'' {' 1 7 14 21 28 42 19 56 Antalfryscykler Figur 13.5:1. nverkan av RH under förknditineringsskedet på resultatet av en frysprvning med metd SS 13 72 44; Utgenannt & Peterssn (1997). A1 ch 42, icke lufttillsatt betng. Bl ch 82, betng med viss extra lufttillsat.s.klimat 57 RH resp. 657 RH Figure 13.5:1. nfluence f the RH-level during the pre-cnditining phase n the result f a freeze-thaw test with the Swedish slab test. A and A2, nn-air-enffained cncretes. B and 82, airentrained cncretes. Pre-cnditirting climntes 5V and 657 RH. Utgenannt & Peterssn (1997). 13.5:2 Undersökningar av inverkan av yttre ch inre salthalt 13.5:2.1 Nrmal brbetng med vbt--,4. Variatin av såväl inre sm yttre salthalt Systematiska undersökningar har gjrts av inverkan av salthalten utanför betngen i samband med frysning-upptining, ch av den inre salthalten; Lindmark (1995). Före frysprvningen lagrades prverna i rent vatten, resp 3V ch 6V NaCl-lösning under 6 tiil 11 månader. Man kan därför vara säker på att betngens ytparti har önskad salthalt. Prverna undersöktes med en test av-samma typ sm SS 13 72 44. Overyøn täcktes med rent vatten eller 37 resp 67 NaCl-lösning. På så sätt erhölls 9 lika kmbinatiner av yttre ch inre salthalt. Betngen hade vct=,4 ch "färsk" lufthalt 5,3 V. Det var således en nrmal svensk brbetng. Betngsammansättningen valdes emellertid så att betngen inte skulle bli fullständigt saltfrstbeständig. Orsaken var att det skulle bli möjligt att se effekten av lika prvningstekniska variatiner. De lika fryscyklerna visas i figur 13.5:2. Resultaten av prvningen visas i figur 13.5:3. De är tämligen entydiga: : nre salthalt har marginell betydelse jämfört med yttre salthalt. 2: Yttre salthalt 3V är mycket mera aggressiv än rent vatten eller 6V saltlösning. 3: Avskalningarna ökar prgressivt med sänkt lägsta frystemperatur under fryscykeln. strt sett gäller ekv (13.3:l). 4: Liàngre tid vid låg temperatur (t ex -22"C) ökar avskalningen påtagligt. 5: Okad fryshastighet ner till en lägsta temparatur av -l4c har ingen påtaglig inverkan på avskalnlngarna. Det bör nteras att betngerna i figur 13.5:3 aldrig trkades före frysprvningen. l3- l6
13 Frstbeståindighet Temperatur ("C) 25 2 15 1 5 6% NaCl-lösning -5-1 -15-2 -25 2t,681 12 1t Figur 13.5:2. Fryscykler använda i de försök sm redvisas i Fig Figure 3.5:2. Freeze-thaw cycles used in the test in Fig 3.5: 3. 16 18 2 22 Tid (tim) 1 3.5:3 ; Lindmark (1 995). Lindmark (1995)."rÀ Õ!_ 1.5.s c ñ 1. N È'z.ç _c õ åls -+ 5 t ) 5 b) / -- Yí e ^ t.3 N è (%) (\ò 6 Ynre 'aq.tncìrn &l c õ 1. / "/ - --L.5 c) 3 6 Yft e rvef_kncênl.at n (%l Figur 13.5:3 a-c. nverkan av yttre ch inre salthalt på saltavskalningen hs betng med vcl=,4, Lindmark (1995). (a) Fryskurva A; snabb nedfrysning till -7'C. (b) Fryskurva C; snabb nedfrysning till -14"C. (c) Fryskurva D; långsam nedfrysning till -14"C. "Snabb": max temp.sänkning 5,5"C/tim. "Långsam" : max temp.sänkning 2"C/tim. Figure 13.5:3. nfluence f the uter and inner salt cncentratin n the salt-frst scaling f cncrete with the water-cement rati,4. (a) Freeze-thaw curve A. (b) Freeze-thaw curtte C. (c) Freeze-thaw curve D. Lindmark ( 995 ). l3-17
13 Frstbeständighet qè N.ç c ñ qtr N è,.c l5 r. < l 5 6 dl 6 Ytf e (%) e) Yttre (%) Figur 13.5:3 d-e. nverkan av yttre skalningen hs betcng med vct=,4; Lindmark (1995). (d) Fryskurva ; "C. (e) Fryskurva F; långsam ldfrysning till -22"C. "Snabb": max temp gsam": max temp.sälkning 2"Cltim. Figire 13.5:3 d-e. nfluence f the uter and inner salt cncentratin n the salt-frst scaling f cncrete with the water-cement rati,4. (d) Freeze-thaw curve. (e) Freeze-thaw curve F. Lindmark (1995). 13.5:2.2 Högpresterande betng. Vøriatin av yttre salthalt Systematiska undersökningar av inverkan av den yttre salthalten gjrdes för betng med vbt=,34 uian luftinblandning men med 57 silikastft; Lindmark (1995). Fryscykel i figur 13.5:2 användes. Två lika förlagringsmetder användes; (a) ingen trkning, (b) en trknings/återuppfuktningscykel Resultatet visas i figur 13.5:4. Följande slutsatser kan dras: 1: Frysning i rent vatten ger i strt sett ingen avskalning, medan V salt på ytan ger kraftig avskalnlng. 2:Yttre salthalten liten rll för avskalningen; V ar i strt sett lika aggressiv sm 5V.n högpresterande betng är således rätt känslig för nivån på den yttre saltkncentratinen, men den är ytterst känslig för salt på ytan. 3: vbt=o,34 är inte tillräckligt lågt för att göra betng "immun" mt saltfrstangrepp. 4: n trknings-återuppfuktningscykel ökade avskalningen påtagligt. Den principiella effekten av salt ändrades dck inte. l3- l8
l3 Frstbeständighet ôt ) ).Y ( ro,ë ) ' ȭ -Y al) õ! (ú ) l 25 2W 15 1 5 ô A À A Ë r ö r r ) Yttre saltkncentratin (%) t ô F Ä \t rrl { t C\ O) 25-9.Y ( ro ) ). c õ l u) 2 15 1 t a Å Í a ^ T (ú (ú =.Y 5 t r ) t ul ôt (r) ul (') bt Yttre saltkncentratin (%) \l r ) t l Figur 13.5:4. nverkan av yttre salthalt på saltavskalningen hs betng medvbt=,34 ch 5V stlikastft; Lindmark (1995). (a) Prver sm aldrig trkats. (b) Prver sm utsatts för en enda uttrknings-uppfuktningscykel. Figure 13.5:4. nfluence f the uter salt cncentratin n the salt-frst scaling f cncrete with the water-binder rati,34 and 5 V silica fume. (a) Never-dried specimens. (b) Specimens expsed t ne drying-re-saturatin cycle. Lindmnrk (1995). Samma försök sm van genmfördes även med betng med vål=,3 utan luftinblandning men med 1 7 silikastft; Lindmark (1995). Fryskurvan var enligt Typ i figur 13.5:2. Prverna trkades inte före prvstart. Resultatet visas i figur 13.5:5. Följande slutsatser kan dras: 1: Frysning i närvar av en yttre salthalt ökar avskalningen någt. Ttal avskalning är dck låg vid alla salthalter. Det finns ingen påtaglig inverkan av saltkncentratinens strlek. 2'. vbt=,3 är tillräckligt låg för att betng skall kunna var i strt sett "immun" mt saltfrstangrepp. Det är inte självklart att samma gda resultat skulle ha erhållits för en annan betng sm ckså har vbt=o,3 ch ingen luftinblandning. Det är inte heller självklart att en radikalt annrlunda fryscykel skulle ha givit samma resultat. Mycket tyder emellertid på att en vbt-nivå av ca,3 skulle kunna ge hög saltfrstbeständighet utan luft i betngen. Detta bekräftas även av andra försök; se figur 13.5:6, 13.5:7 ch 13.5:8. l3-19
l3 Frstbeständighet OBS: Alla prvningar sm redvisades van gjrdes på icke-åldrad betng. Å.ldringseffekter såsm karbnatisering kan radikalt såväl förbättra sm försämra resultatet. Vid användning av prtlandcement är naturlig åldring ftast psrtrv. c{ ) = @ f) q) q) ).g CṛY Ç T A t O É a ^t U) (Ë! (ú L ) f = l æ 2 4.5-21 Figur 13.5:5. nverkan av yttre salthalt på saltavskalningen hs betng med vbt=,3 ch 1 7 silikastft; Lindmark (1995). Figure 13.5:5. nfluence f the uter salt cncentratin n the salt-frst scaling f cncrete with the water-binder rati,3 and l V silica fume. Lindmark ( 1995). L3.5:3 13.5:3.1 Undersökningar av inverkan av vbt ch silikastft Försök vid LTH; Lindmark (1991) figur 13.5:6 visas resultatet av saltfrysförsök med 12 betnger med lika vbt, lika lufthalt ch lièa halt silikastft. Betngerna prvades med en saltfrysprvningsmetd av samma typ sm SS l3 72 44. Följande slutsatser kan dras: 1: Vid vbt=,31ha även icke lufttillsatt betng hög saltfrstbeständighet 2: Vid vbt=,4 erfrdras luftinblandning. Utan luftinblandning är saltfrstbeständigheten mycket läe 3: Vid vbt=,22 är saltfrstbeständigheten tillfredsställande. Avskalningen är dck högre ä vid vbt=o,3l. Orsaken är trligen att betngen var svår att kmprimera. Därför uppstd vissa defekter sm kunde fyllas med-frysbart vatten. Resultatet visar alltså att det är erhört viktigt att en högpresterande betng är helt defektfri m den skall ha hög frstbeständighet. 4: Silikastftet visade sig inte ha någn större psitiv eller negativ effekt vid knstant vbr. 13-2
l3 Frstbeständighet 4kg 2 % silikastft. lngen luft ôt ) % silikastft. Luft l = () à ( l..) q) itr, 1,5 1 O%silikastft. lngen luft 1% silikastft. Luft.c c G l g),z2,3 r,4 Vattenbindemedelstal Figur 13.5:6. Saltavskalning hs lufttillsatt ch icke lufttillsatt betng med lika vbt ch lika mängd silikatft. Aldrig trkad betng. Lindma k (1991). Figure 13.5:6. Salt-frst scaling f air-entrained and nn-air-entrained cncrete with dffirent water-binder rati and dffirent amunt f silica fume. Never-dried cncrete. Lindmark ( eel ). 13.5:3.2 Försök vid FCB; Hammer ch SellevW Q99) Vid FCB genmfördes saltavskalningsförslök med icke lufttillsatt betng med lika våt ch med 5V ch 17 silikastft. Betngerna förlagrades dels i luft, dels i plastpåse (membranhärdning). Prvningen genmfördes i princip enligt SS 13 72 44. Resultatet visas i figur 13.5:7. Följande slutsatser kan dras: l: vbt=o,28 ger i strt sett "immunitet" mt frstangrepp 2: vbt=o,31 ger viss avskalning sm dck är låg 3: vbt=,46 ger mycket hög avskalning 4: Ökning av silikastftmängden frän 5V tlll lot medför höjd ch accelererande avskalning. Den accelererande effekten av silikastft överensstämmer med bservatiner vid SP i Brås; se figur 13.5:13. t3-21
l3 Frstbeständighet N (') l O) c 'Ë (ú f ø f.2 1D..ô,t.2 g ssús-tvp_! + vbt,46 % silika vbt,46 5% sitika A vbt,37 5% silika x vbt,37 l% silika / i:-â.**-'/"-' " t t t' -'ò" r.2 5 r t5 2 Antalcykler t C\., ) c 'Ë.ó ṭyø ì.r.2 T x @srt g-tvp_!l + vbt,46 7 silika O vbt,46 5% silika  vbt,37 5% silika x vbt,37 l7 silika -^ - -a- -^- ''- 5 1 15 2æ Antalcykler Figur 13.5:7. Saltavskalning hs betng med lika vbt ch lika mängd silikastft förbehandlade på två lika sätt; Hammer & Sellevld (199). Betng 65 ch 655; vbl=,46. Betng 95 ch 95S; vbt=,37. "Curing cnditin ": 1 månad i luft+l månad i havsvatten. "Curing cnditin ": Förseglad i frmen 1 månad+l månad i havsvatten. Figure 13.5:7. Salt-frst scaling f cncrete with dffirent water-binder rati and dffirent amunt f silica fume. The cncrete pre-treated in tw different ways: 65 and 655, w/b=,46; 95 and 955, w/b--,37. "Curing cnditin "; mnth in air+ mnth in sea water. "Curing cnditin ": mnth sealed in the muld+ mnth in sea water. Hammer & SeLlevld (199). 13.5:3.3 Undersökningar vi.d Karlsruhe Universität; Hilsd.rf ch Guse (1995) Betng med vbt,3 ch,5, med ch utan luftinblandning ch med ch utan ÙV silikastft, saltfrysprvades efter det att prvkrpparna fuktlagrats lika lång tid (1, 3,'7,42 ch 49 dygn) följt av luftlágring i +2C, 657 RH under lika lång tid (48, 46,42,7 ch dygn) så att alla prver var 49 dygn när frysprvningen började. Prvningen skedde med den sk CDF-metden sm påminner m metd SS l3 72 44 men där frysytan är vänd nedåt; RLM (1996). För samma betng blir avskalningarna annrlunda i CDF-metden än med SS 13 72 44. nligt Setzer (1996) medför CDFmetden en ökad avskalning med en faktr 2 à 3. nligt Peterssn (1997) är skillnaden mellan de båda metderna berende på betngkvaliteten. För högpresterande betng tycks metd SS 13 72 44 ge högre avskalning. Resultatet visas i figur 13.5:8 uttryckt sm avskalning relativt avskalningen hs en tysk "nrmalbetng för brar"; lufttillsatt betng med vcl=,5. Dess avskalning är,25 kglmz vid lagringstiden 7 d i fukt följt av 42 dygn i luft. Följande slutsatser kan dras: l3-22
l3 Frstbeständighet l: Betng utan luftinblandning ch vct=,3 har gd saltfrstbeständighet. 2: Luftinblandning försämrar saltfrstbeständigheten hs betng med vbt=o,3. Försämringen är särskilt str för betng med silikastft. 3: Tillsats av l V silikastft ökar saltfrstbeständigheten någt hs icke lufttillsatt betng men minskar den hs betng med lufttillsats. 4: Saltfrstbeständigheten är mycket stark berende av förhärdningsförhållandena. Maximal beständighet erhålls vid ca 42 dygns trkning ch 7 dygns fukthärdning. Undersökningen styrker således de iakttagelser sm gjrdes av Utgenannt ch Peterssn (1997) 5: vct=,5 är för högt för att ge acceptabel saltfrstbeständighet hs betng utan luftinblandning. Det är mycket intressant att ntera att luftinblandning tenderar att minska saltfrstbeständigheten hs högpresterande betng. Orsaken kan vara att luftprerna absrberar vatten varvid den frysbara vattenmängden ökar; Fagerlund (1996). Om så är fallet bör luftinblandning undvikas i högpresterande betng. Kravet på hög inre frstbeständighet kräver dck fta att betngen har en viss lufthalt. Se avsnitt 13.6. O).ç (ú 2 t W/C:,5 W/C=O,3 W/C + SF=,3 Betng med luftinblandnin s l s) (ú (ú É.,1 Förlagring (dvsn) 1749 37 42 49 1374249 Trkning vid 2'C/65% RH 18 42 4a46427 18 16 42 7 Figur 13.5:8. Saltfrstavskalning hs betng relativt avskalningen hs en tysk "nrmalbetng" ("base"); Hilsdrf & Guse (1995). Prverna förknditinerade i fukt ch luft lika lång tid. Betngålder vid start av frysförsök 49 dygn hs alla prver. Figure 13.5:8. Salt-frst scaling f cncrete versus the salt-frst scaling f a German "standard cncrete" ("base"). The specimens are pre-treated in different ways befre start f freeze-thaw. Hilsdrf & Guse (1995). 13.5:3.4 Undersökning vid Bauhaus Universität Weimar; Stark ch Cheluah (1995) n undersökning av saltfrstbeständigheten hs betng med prtlandcement, 7,5 V silikastft, utan luftinblandning men med lika vct genmfördes med CDF-metden. Resultatet visas i figur 13.5:9. nverkan av vbt är mycket kraftig. Yid vbt understigande ca,35 är avskalningen mycket liten (OBS i vål inräknas även flyttillsatsen. Om denna brträknas minskar vbt frän,35 till,32). Resultatet överensstämmer således kvalitativt med övriga resultat beskrivna van. l3-23
13 Frstbeständighet 2 18 1 6 ^ 14 C\t C \ t2 g gd 1.c c: 8 (ú ã 6 2,25.275,3.325,35,375, t,425.45.475,5,525,55,575,6 (W+FM)/(z+SF) Figur 13.5:9. nverkan av vbt på saltavskalningen hs betng med prtlandcement ch 7,5V silikastft; Stark & Cheluah (1995). (FM= flyttillsats, Z=cement, W= vatten, SF=silikastfÐ. CDFmetden användes ; RLM( 996). Acceptansgränsen sattes till,5 kglmz. Figure 13.5:9. nfluence f the water-binder rati n the sah-frst scaling f cncrete with prtland cement and 7,5 V silica fume. The CDF-methd was used. Maximim accepted scaling is 1,5 kg/m2. Stark & Cheliuah (1gg5). 13.5:3.5 Utredning vid Université l^aval; Gagné ch Marchand (1997) n sammanställning av 9 lika undersökningar av saltfrstbeständigheten hs betng med lika vbt ch lufthalt har gjrts vid Université Laval i Québec. Resultatet visas i figur 13.5:1 för betng utan silikastft ch i figur 13.5:11 för betng med 5 V eller l 7 silikastft. Följande slutsatser kan dras: 1 : När betngen saknar luft erfrdras ett vct av högst ca O,25. Då tål betngen upp till 15 fryscykler. 2: lcke lufttillsatt betng med vbt,3 eller högre får kraftig saltavskalning redan inm 56 fryscykler. 3: Luftinblandad betng får gdtagbar saltavskalning vid vid vcf upp till,45 förutsatt att den fiktiva avståndsfaktrn understiger,25 mm. 4: Silikastftet minskar nrmalt avskalningen hs icke lufttillsatt betng så att acceptabel nivå erhålls ända upp till vbt =,37. Den kanadensiska sammanställningen ger alltså delvis ett annrlunda resultat än de svenska, tyska ch nrska undersökningarna. Utan silikastft krävs enligt den kanadensiska sammanställningen mycket lagre vct än enligt de andra undersökningarna; se figur 13.5:6, 13.5:7, 13..5:8. Med silikastft fås mycket högre saltfrstbeständighet än i de svenska ch nrska undersökningarna. Orsaken till dessa skillnader kan inte genmskådas. Möjligen ligger den i att ett flertal lika testmetder sammanställts i ett ch samma diagram. Det är väl känt att förbehandlingen av prverna har str betydelse. Förbehandlingen kan ha varit starkt varierande i de 9 lika studier sm sammanställts. Resultatet visar emellertid vikten av att varje ny blandning frystestas ch att man inte enbart kan lita på andras labratrieundersökningar av andra betnger. t3-24
l3 Frstbeständighet 5 Med luftinblandning 1 Utan luftinblandning C\ ct,.y,.c c tl U) ) 4 3 2 r l< 25 ll L> 2s tr l T pm tlm trg tr 8 6 t4 > 1 kg/m2 2.3. l.5.6.2.3.4.5.6 2 vct C\ t', ll ct.c C(ú.Y U' b) 5 1 3 2 1 Med luftinblandning trtr. l< trlt 2s pm 25 ltm.2.3. 1.5.6.2 1 8 6 4 2 vct Utan luftinblandning rlt > 1 kg/m2.3.4.5.6 Figur 13.5:1. Sammanställning av resultat av saltfrysprvning av betng med lika ycf ch utan silikastft; Gagné & Marchand (1997). (a) Resultat efter 5-56 fryscykler. (b) Resultat efter 1-15 cykler. Figure 13.5:1. Cmpilatin f salt-scaling tests f cncrete withvarius water-cement rati and n silicafume. (a) Results after 5-56 FT-cycles. (b) Results after 1-15 FT-cycles. Gagné & Marchand (1997). (C 2. g r.s ).c 1. Cr ã.s Med luftinblandning Kanad. Std P Kanad. SH P. eller Nrsk Std P T 5 4 3 2 1 > 1 kg/m2 2.25.3.35.4.45.2.?s vbt Utan luftinblandning -. Kanad. Std P Kanad. SH P. eller Nrsk Std P.3.35./t.45 Figur 13.5:11. Sammanställning av resultat av saltfrysprvning av betng med lika vct ch med 5 V till l 7 silikastft; Gagné & Marchand (1997). Resultat efter 1 cykler. Figure 3.5:1 L Cmpilatin f salt-scaling tests f cncrete with varius water-cement rati and 5 V r l V silicafume. Results after 1 FT-cycles. Gagné & Marchnnd (1997). t3-25
13 Frstbeständighet 13.5:4 nverkan av åldringseffekter 13.5:4.1 Allmänt Figur 13.5:5 visar att en enstaka uttrkningscykel har en viss påverkan sm i detta fall var negativ Nedan återges andra försök sm visar att åldringseffekter kan vara såväl psitiv sm negativ. 13.5:4.2 Försök vid LTH; Lindmark (1991) Samma betngtyper sm redvisas i figur 13.5:6 van saltfryspvades även efter en åldringsprcedur bestående av 6 cykler uttrkning i +5'C med mellanliggande återuppfuktning. Ttal tid för åldring var 3 dygn. Resultatet visas i figur 13.5:12. n jämförelse med figur 13.5:6 visar att åldringen haft marginell effekt. 2 C\l ).Y ( ) = (J U') à ( r.r) ). cr l r,5,5 l % silikastft. lngen luft % silikastft. Luft 1 O%silikastft. lngen luft 1% silikastft. Luft,z2,3 r,4 Vattenbindemedelstal Figur 13.5:12. Salqvskalning hs lufttillsatt ch icke lufttillsatt betng med lika vå ch lika mängd silikastft. Ä,ldring genm 3 dygns cyklisk trkning till +5"C ch återuppfuktning i vatten. Lindmark (1991). (Jämför Fig 13.5:6 sm visar samma betnger utan åldring). Figure 13.5:12. Salt-frst scaling f air-entrained and nn-air-entrained cncrete with varius water-binàer rati and dffirent amunt f silica fume. Ageing prcedure perfmed beþre the FTtest by 3 days cyclic drying at +5C and re-saturatin in water. (Cf. FiS 13.5:6 which is valid fr unaged cncrete). Lindmark ( 99 ). 13.5:4.3 Försök vid SP; Peterssn (1995) n försöksserie av saltfrstbeständigheten hs icke lufttillsatt betng med vbt,35 ch,4 ch med resp 5 7 silikastft har genmfrts vid SP. Två lika prtlandcement användes. Prverna expnerades under 3 år på en f?iltstatin i marin miljö vid Träslövsläge på svenska västkusten. fter denna tid tgs prver in ch den utmhusexpnerade ytan prvades med metd SS 3 72 44. Prvet förlängdes till ll2 cykler vilket krävs i BRO 94 när betngen innehåller silikastft. Resultatet visas i figur 13.5:13. Följande slutsatser kan dras: t3-26
l3 Frstbeständighet l: Hs. betng utan silikastg,ft har åldringen medfört en radikalt förbättrad saltfrstbeständigher Avskalningen efter 56 cykler för åldrade prver jämfört med icke-åldrade prver är följandel * Anläggningscement vct =,35.. Åldrad, 18 {mz.cke-åldrad, 24lO glmz * Slitecement vct=,4: Åldrad, 2 glmz.cke-åldrad, 912 glmz 2: Hs betng med silikastft har åldringen inte medfört någn radikalt förbättrad saltfrstbeständighet utan i ett fall en försämring. Avskalningen efter 56 cykler för åldrade ch icke-åldrade prver är: * Anläggningscement, vbt =,35: Åldrad, 25 glmz.cke-åldrad, 452 glmz * Anläggningscement, vct =,4O: Åldrad, ttalt sönderfrusen. cke-åldrad, 755 glmz 3: Å.ldrad-betng med silikastft får en accelererad saltavskalning. Denna effekt har inte nterats i andra frskares undersökningar. nligt Lagerblad & Utkin (1993) kan bristfälligr dispergerat silikastft medföra alkali-kiselsyrareaktin. Silil astftet i SP:s undersökning tilllattes-sm slurry ch bör därför vara väl dispergerat. Det finns ingen uppgift m att alkali-kiselsyrareaktin nterats i de betnger sm ingick i SP-prvningen. 1 N (') ) c c J Ø (ú 1 1 É 1 <- Slite-,4 +-Anl-,35 -+Anl+Si-,35 - - r -.Anl+Si-,4 é4 1 T 1 25 5 75 antalfryscykler 1 125 Figur 13.5:13. Saltfrysprvning av icke lufttillsatt betng sm utsatts för en naturlig åldring under tre år. Olika cementsrter (Slite Std ch Anläggningscement) ch lika vbt (,35 ch,4). Med ch utan silikastft (Si). Aldrad yta utgör frysyta i testen. Peterssn (1995). Figure 13.5:13. Salt-frst testing f nn-airentrained cncrete expsed t natural ageing in the field during 3 years. The aged surface is the expsed surface in the salt-frst test. Peterssn ( rees). samma undersökning studerades inverkan av vbt på den åldrade betngens saltfrstavskalning. Alla betnger saknade extra luftinblandning. Prverna var naturligt åldrade på samma sätt sm i den tidigare undersökningen. Resultatet visas i figur 13.5:14. Följande slutsatser kan dras: l: Vid vå understigande ca,4 har åldringen mycket str psitiv inverkan. Det förefaller sm m man kan använda icke lufttillsatt betng med vbt ända upp till,4 förutsatt att betngen hinner åldras (karbnatisera) innan den utsätts för kraftig saltfrstbelastning. 2: vid vbt > ca,4 ökar avskalningen prgressivt med ökande antal fryscykler. Detta visar att sådan betng inte har någn nämnvärd psitiv åldring. t3-27
13 Frstbeständighet Det måste bserveras att resultaten gäller för betng med rent prtlandcement. Det är inte sannlikt att betng med restmaterial, tex masugnsslagg kmmer att ha lika gda åldringsegenskaper. Tvärtm trde åldringen hs dessa betngtyper vara negativ. Redan 5 V inblandning av silikastft visade sig ge negativ inverkan av åldring enligt resultaten van. nverkan av flygaska på åldringsegenskaperna hs högpresterand.e betng är känd. Däremt vet man att den påverkar åldring av nrmalbetng negativt; Vesikari (1988), Bremner et al (1989). N (') ).g c õl U) (õ 2 1 1 5 +7c +14c +28c +42c -+56c 5 /.t? U,3 4 5 6,7 vbt Figur 13.5:14. nverkan av vbt på saltfrstbeständigheten hs icke lufttillsatt betng med Slltecement, vilken utsatts för en näturlig åldring under-3 år; Peterssn (1995). Åldrad ytãutgör frysyta i testen. (7c etc är antalet fryscykler). Figure 3.5: 14. nfl,uence f the water-binder rati n the salt-frst resistance f nn-air-entrained cncrete expsed t natural ageing in the field during 3 years. The aged surface is the expsed surface in the salt-frst test. Peterssn (1995). 13.5:5 nverkan av cementtypen ngen systematisk studie har gjrts av hur cementtypen påverkar saltfrstbeständigheten hs högpresterande betng. Undersökningar vid SP visar dck att inverkan av cementtypen inte?ir str vid icke lufttillsatt betng; Peterssn (1995). Däremt är det välkänt att man lättare kan tillverka en betng med lâgt vbt genm att använda LAlSR-cement, tex Anläggningscement, vilket kan ber på att det är lättare att skapa en gynnsam luftprstruktur när denna cementtyp används; Malmström (1ee). Blandcement ch tillsats av restmaterial bör undvikas i betng sm skall ha hög saltfrstbeständighet. Trligen kan dck måttliga mängder silikastft användas utan risk. Den negativa åldring sm silikastft visat sig ha i försök vid SP har inte kunnat nteras i andra försök. Av säkerhetsskäl bör man förlänga saltfrysprvningen hs betng med silikastft. Detta krävs i BRO 94. 13.5:6 nverkan av höjd temperatur eller värmehärdning xpnering av hårdnad betng för höjd temperatur har visat sig kunna minska saltfrstbeständigheten drastiskt hs nrmalbetng; Malmström (199). Begränsade undersökningar vid CB visar att värmehärdning har starkt negativ påverkan på saltfrstbeständigheten hs högpresterande betng; Kjellsen (1995). Se även figur 13.5:15. Orsaken till dennaeffekt är inte klarlagd. Möjligen sammanhänger den med att betngens yta blir mer grvprös så att mängden frysbart vatten ökar ch mängden luftfyllda prer minskar. 13-28
13 Frstbeständighet 2. (C 1.6 C') l HPO HP@.HP@ HP@. HPO ; 1.2 L 'Ë g B 4 "/ HP@ "'/ l-' 7 1t- 28 t-2 56 7 84 98 AntalfryscYkler,rrar"n avskalning RFG) @ 112 Figur 13.5:15. nverkan av värmehärdning_på.saltavskalningen hs icke lufttillsatt betng med ib'tãst ch 5,3V siiikastft; K "llr"n tiqösl. Kurvr A: Þrver härdade i +2'C. Kurvr B: piu"i värmehärda e vi i65;c'un e. i,5 ti-' ar ch därefter i vatten vid +2"C. Kurvr C: Þiòu", värmehärdade,vil+65.c under 5,5 timmar ch därefter lagrade i utmhusluft. Ref=lufttill- sil satt referensbet fis"ä ls.s,ts. ns ined hish pe^rf^9r^mance cncrete tl Cured at +2"C' Curves B: Heat curedfr 5,5 hurs at +65"C Curves C: Heat iured fr 5,5 hurs t +ós"c and then stre utdrs. Ref_is air-e-ntrained cncrete with */r:-oiis ind n silica fume. HP is high perfrmcnce cncrete. Kjellsen ( 1995)' 13.527 Saltfrstbeständighet ' slutsatser Flertalet undersökningar tyder på att betng m9d ybt 1Q,3p _!.tar hög saltfrstbe.ständighet även när den saknar luftinblaninine.' /rãil däröveierfrdras luft. Minsta aõceptabla måingden luft bestäms lämpligen genm saltfrysförsök. rent prtlandcement. Orsaken 2ir trligen att beeffekt kan dck inte utnyttjas där betngen är r fst ch tösalt krt tid efter gjutning. Betng med mineraliska tillsatsmaterial_tycks inte ha denna psitiva effekt av åldring. Detta gäller särskil-t betng med masugnsslagg eller flygaska' Vid bedömning av behvet av luftinblandning måste lrä rsyn tas till att luft kan behövas för att betngen skall få-hög inre frstbeständighet; se avsnitt 13'6' 13.6 xprmntlla UNDRSöKNNGAR AV DN NR FROSTBSTÄN- DGHTN HOS HöGPRSTRAND BTONG 13.6:1 nledning Det finn frstbeständigheten hs hö \tig rsak är metder sm lerkligen avsl dr' Vanliga å att vatten skall absrberas t3-29
13 Frstbeständighet frysprvning. n nrmal islerad frysprvning är därför i princip även en accelererad vattenabsrptinstest. När vattenhalten i betngens inre så småningm uppnår den kritiska nivån får man en detekterbar frstskada. Högpresterande betng har emellertid så långsam vattenabsrptin att skadr inte nödvändigtvis hinner uppkmma under det antal fryscykler sm är nrmerat. Därvid kan den verkliga inre frstbeständigheten hs betng sm kmmer att utsättas för långvarig fuktbelastning överskattas. princip brde andra frysprvningsmetder användas, tex den s k Critical Dilatin (ASTM C 671) eller den kritiska vattenm ittnadsgradsmetden; Fagerlund (1997a). Undersökningar med dessa metder saknas för högpresterande betng. Rätt mfattande försök har dck gjrts vid LTH med en dilatatinsmetd. Några av dessa resultat redvisas nedan. Den inre frstbeständigheten är till skillnad från saltfrstbeständigheten i strt sett helt berende av prvkrppsytans egenskaper. Däremt påverkas den med all såikerhet av hur prvet behandlats. Trkning påverkar tex den frysbara vattenmängden (figur 13.4:3 ch 13.4:4) vilket rimligen ckså påverkar den inre frstbeständigheten. 13.6:2 Mätning av längdändring under en-cykelfrysning av fuktlagrade prver 13.6:2.1 Allmänt Vid LTH genmfördes en större undersökning av längdändringar under enstaka eller upprepade fryscykler ner till -3C. Före prvningen vattenlagrades betngprverna under månad, 3 månader ch ca l/2 år. Vissa prver utsattes för en artificiell åldring bestående av upprepad uttrkning vid +4C ch vattenlagring. 26 lika betnger prvades med vbt varierande mellan,26 ch,4. Silikastfthalter OV, 5V ch l7 användes. Såväl betng med luft sm utan luft prvades. 13.6:2.2 Undersökningar efter 1 ch 3 månaders vattenlagring; Fagerlund (1997a) ngen av de 26 betngerna uppvisade dilatatin (expansin) under nedfrysningen. De måste därfcir anses vara frstbeständiga efter 3 månaders vattenlagring. tt exempel på en längd-temperaturkurva visas för en betng med vcl=,3 i figur 13.6:la. 13.6:2.3 Undersökning efter 1/2 års vattenlagring; Nrdström & Fagerlund (1997) Frysprvningen upprepades efter ytterligare ca l5 månaders vattenlagring varunder vattenhalten ökade påtagligt. Det finns nu för flertalet prver en viss tendens till dilatatin under nedfrysningen. xempel på en längd-temperaturkurva för samma prv sm i figur 13.6:la visas i figur 13.6:lb. xpansinen (dilatatinen)?ir dck enbart ca3v av töjningsförmågan hs betngen. Därför kunde ingen nedgång i dynamisk -mdul registreras. Orsaken till att ingen större dilatatin uppkm är med all säkerhet självuttrkningseffekten i prvets inre delar. Denna visas i figur 13.4:7 ch 13.4:8 för samma betnger sm frysprvades. Trligen var det därför enbart betngens ytparti sm expanderade vilket minskade expansinen ttalt hs prvet. Prverna kmmer att lagras ytterligare à2 är i vatten ch prvas på nytt. Då är det tänkbart att en str ch skadlig expansin uppstår under frysning av icke lufttillsatt betng på grund av att den kritiska vattenhalten uppnåtts. 3-3
13 Frstbeständighet.2 C', c! r! c cl) c r(ú J {.2 {.4 {.r {.t {.t {.t2 {.ta - 7.l -- q) {.tl.t as.2.t5.r ó 5 Temperatur C t l5 2 25 2.r.5 /-. æ Ê cl) c - :(õ! c1) c : $ -J.û 4 4 -t,tæ.x) t t -t2 b) Temperatur C Figur 13.6:1. Längdändring-temperaturkurvr hs betng sm lagrats under lång tid i vatten. vct=,3, inget silikastft. (a) Prvet har lagrats kntinuerligt i vatten under 3 månader; Fagerlund (1997a). (OBS: Det krkiga kurvförlppet ch hysteresisytan berr på att cykeln hade en mycket snabb temperatursänkning ch temperaturökning ch har inte med prvets egenrörelser att göra). (b) Prvet har lagrats kntinuerligt i vatten under 2 år före frysförsöket; Nrdström & Fagerlund (1997). (Frysförlppet är mycket långsamma e än i (a) ch därfcjr uppstår ingen hysteresisslinga) Figure 13.6:1. Length-temperature curves f cncrete stred in water frm casting until freezethaw. w/c=,3, n silica fume. (a) Stred in water fr 3 mnths beþre freeze-thaw; Fagerlund ( 1997a). (b) Stred in water fr 2 years beþre freeze-thaw; Nrdström & Fagerlund ( 1997). 13.6:3 Traditinella flercykelförsök 13.6:3.1 Allmänt Nrmalt genmförs frysförsök sm upprepad frysning-upptining av prver sm antingen hela tiden ligger i vatten eller sm under nedfrysningsskedet ligger i luft. Resultatet blir starkt berende av hur försöket genmförs; tex fryscykelns varaktighet, fryshastighet, frysmediets beskaffenhet (luft eller vatten), etc. Den mest använda metden är ASTM C 666 sm finns i två varianter; se även avsnitt 13.8:3: r 3-31
13 Frstbeständighet * Metd A: Såväl frysning sm upptining r vatten. * Metd B: Frysning i luft ch upptining i vatten Några exempel på sådana frysprvningar av högpresterande betng visas nedan. 13.6:3.2 Kanadensisk undersökning; Malhtra et a (1987) Betng med ch utan luftinblandning undersöktes med ASTM C 666, Metd A. För betng utan luft var vbt,25 ch,35. För betng med luft prvades även någa andra vbt. Resultatet visas i tabell 13.6:1. Tabell 13.6:1. Resultat av kanadensisk frysprvning av högpresterande betng; Malhtra et al ( 987). (C=cement. S=silikastft). Table 13.6:1. Resuhs f a Canadianfreeze-thaw test f high perfrmance cncrete. Malhtra et al ( r e87). Typ av betng cke Lufttillsatt w/(c+s),3 5,3 5,3 5 Silikastft 7 l 2 Lufthalt Antal fryscykler när V prvning avbröts ) 1 8 2 66 7 7 "Beständighetsfaktr", DF, V 6 6 1,3,3,3 1 2 1 1 9 J 67 67 7 t2 J J,25,25,25 1 2 2, 1,3 1,5 89 89 89 1l 5 8,25,25,25 l 2 1,8 1,5 1,8 79 79 79 J 2 2,25,25,25,25,25,25 1 2 l 2 2, 1,6 1,8 )) 1,8 2,O 47 47 47 7 7 7 6 7 2 4 J J Lufc tillsatt,35,36,36 l 2 5,4 5,6 5,6 3 265 23 97 59 36,3,3,32 1 2 3,7 4,2 4,5 3 r7 138 99 53 16 Vid tlkningen av resultaten skall beaktas att en gd betng skall ha en beständighetsfaktr ("Durability Factr") av lägst 87. Frysförsöket avbryts enligt standarden när beständighetsfaktrn sjunkii till6ot. det aktuella försöket frtsattes prvningen till mycket lägre beständighetsfaktr. Följande slutsatser kan dras: l: cke lufttillsatt betng har mycket låg inre frstbeständighet, detta trts att vbt är sä lågt sm O,25.Flertalet betnger var mycket svårt skadade redan efter ett tital fryscykler. l3-32
l3 Frstbeständighet 2: nblandning av silikastft har inte haft någn påtaglig effekt, vare sig negativ eller psitiv, på frstbeständigheten. 3: Lufttillsatt betng utan silikastft har mycket hög inre frstbeständighet. 4: nblandning av stra mängder silikastft försämrar frstbeständigheten märkbart. Den kanandensiska undersökningen ger alltså helt annrlunda resultat än den sm gjrts vid LTH; se avsnitt 13.6:2. Orsaken är trligen följande: * LTH-undersökningen "bestämde betngen själv" vilken fukthalt den skulle uppnå före frysning. Under själva frysningen var prverna förseglade. Man fick därför en indikatin på m de fukr halter sm betngen når under långvarig vattenlagring kan vara tillräckliga för att betngen skall frstskadas vid enstaka starka nedfrysningar. Metden är således i rätt hög grad relevant för verkliga förhållanden förutsatt att fuktlagringstiden ch därmed fuktnivån i prvet är representativ för verkliga förhållanden. * den kanadensiska undersökningen frceras vatten in i prvet under själva frystesten. Prvet har ingen möjlighet att trka någn enda gång under prvningen. Detta gör att man kan förvänta att betngens ytparti blir så gtt sm ttalt vattenmättat i en betng sm saknar extra luft. Följaktligen skadas ytan kraftigt vid frysningen. Vid nästa fryscykel fylls även den nyskapade ytan varvid även denna skadas. Man få på så sätt en frtgående ökande ytskada. Denna registreras av den nedgång i -mdul sm är basen för beräkning av beständighétsfaktm; se avsnitt 8.3. Sättet att prva frstbeständigheten hs högpresterande betng genm användning av ASTM C 666 förtjänar att kmmenteras ytterligare: prvningsmetden ASTM C 666 kmmer, sm nyss nämnts, prvet trligen att successivt skadas från ytan ch inåt. Skadr mäts sm dynamisk -mdulförlust via prvets egenfrekvens vid böjsvängning. Genm ytskadrna minskar prvets "effektiva" yttröghetsmment. Detta medför att den uppmätta egenfrekvensen hs prvet minskar trts att själva den inre delen av prvkrppen är skadad. Resultatet kmmer dck att registreras sm en minskning av prvets -mdul. n prvkrpp sm har en diameter av l cm där ytpartiet intill 6 mm djup är ttalförstörd av frysningen kmmer enbart på grund av ytskadan få en egenfrekvensminskning av 23V. Den beräknade fiktiva "-mdulen" minskar då med 4 V utan att -mdulen överhuvud taget ändrats hs den inre delen av prvet. 4V beräknad -mdulförlust är en gräns för att prvningen skall avbrytas. Beräkningen visar att de två lika prvningsmetderna, dilatatinsmetden använd vid LTH ch ASTM C 666 använd i det kanadensiska försöket, inte nödvändigtvis står i knflikt med varandra. De registrerar enbart lika typer av skadr; inre skadr resp ytskadr. Prblemet är att ASTM C 666 gör ansprfü på att visa inre skadr, vilket den alltså inte nödvändigtvis gör hs högpresterande betng. 13.6:3.3 Finska undersökningar; Kukk (1995) Undersökningar av frstbeständigheten hs ett antal högpresterande betnger utan luft har genmförts vid VTT i Finland. nverkan av lika restmaterial studerades; se tabell 13.6:2. Testmetden påminner m ASTM C 666, Metd B, dvs frysning skedde i luft ch upptining i vatten. Frysprvningsresultatet visas i figur 1,3.6:2. Tabell 13.6:2: Karakteristika för blandningarna i figur 13.6:2. Table 13.6:2. Characteristics f the cncretes infigure 13.6:2. Blandning Bindemedel nr vbt lufthalt V Mix 1 Mix 2 Mix 3 Mix 4 Mix 5 Mix 6 95 7 S R-cem enl+5 V silikastft 17 SR-cement 75V SR-cement+25% flygaska 94V SR-cement + 67 silikastft 677 SR-cement + 33V slagg 17 SR-cement,275,327,287,299,348,75,8 )5 2,4 2,8,9 1,6 t3-33
13 Frstbeständighet Följande slutsatser kan dras: l: ngen betng är helt frstbeständig eftersm böjdraghållfastheten minskar påtagligt för alla betnger. F'ör Mix 1 är nedgången i böjdraghållfasthet till ch med större än för betngen med vct=,75 trts att dess vbt är så lågt sm,275. 2: Betngerna med den lägsta lufthalten (,8V) har den klart sämsta frstbeständigheten 3: Ultraljudhastigheten mättes ckså (redvisas inte här). Den visar kvalitativt samma resultat sm böjdraghållfastheten, dvs stra minskningar för betng med låg lufthalt ch högt vbt. (ú È! <D (ú õ -cu, (ú L O 1 2 6 4 2 ------ -mixl ------ mix 2 --<- mix 3 *-mix4 -------*-mix5 3 s 1 ---*- mix 6 Antalfryscykler Figurl3.6:2.: Böjdraghållfasthet hs icke lufttillsatt betng med lika vcl sm funktin av antalet fryscykler; Kukk (1995). Frysprvning av typ ASTM C 666, Metd B. Beträffande lika "Mixer" se tabell 13.6:2. Figure 13.6:2. Bending strength f nn-air-entrained cncrete with varius water-cement rati as functin f the number f freeze-thaw cycles. Test methd ASTM C 666 Methd B. Cncerning the mixes, see table 13.6:2. Kukk (1995). 13.6:3.4 Kanadensisk undersökning; Li et al (1994) cke lufttillsatt betng med lika vbt har prvats med ASTM C 666, Metd A. Resultat för betng utan silikastft visas i figur 13.6:3 (hållfasthet) ch figur 13.6:4 (dynamisk -mdul). figur 13.6:5 visas inverkan av mängden silikastft på -mdulreduktinen vid knstant vbt =,24. Följande slutsatser kan dras: 1: nbart betnger med vcf =O,24 uppvisar gd inre frstbeständighet. Vid högrevct sker snabb nedgång i -mdulen. 2: Vid vbt --,24 spelar mängden silikastft liten rll för frstbeständigheten. Alla betnger är beständiga i prvningen vid detta lägavbt. 3: Nedgången i dynamisk -mdul är mycket större än nedgången i hållfasthet. Detta styrker hyptesen att ASTM C 666 tillämpad på högpresterande betng i första hand ger ytskadr vilka påverkar egenfrekvensen kraftigt medan prvets inre är tämligen skadat. Detta innebär naturligtvis inte att betngen är beständig eftersm ytan uppenbarligen skadats. t3-34
l3 Frstbeståindighet t2 t D 6 (ü È õ 1 2 *w c'-.z +w/c.-.2? xw/c'-.3 +w/c.=.33 t 2 t Antal fryscykler Figur 13.6:3. Tryckhållfastheten sm funktin av antalet fryscykler hs icke lufttillsatt betng med likavct ch uran silikastft; Li er al (1994). Frysprvning av ryp ASTM C 666, Metd A. Figure 13.6:3. The cmpressive strength asfunctin f the number f freeze-thaw cycles f nnair-entrained cncrete with varius water-cement rati and n silica fume. Test methd ASTM C 666 Methd A. Li et al (1994). 12 s t!.y.tj, (ú c 8 ó 4 2 w/c,-.24 +w/c.-.2? *w/c'-.3 +W/C,-.33 r 2 3 4 5 ó 7 t 9 Antal fryscykler Figur 13.6:4. Dynamisk -mdul sm funktin av antalet fryscykler hs icke lufttillsatt betng med lika vc ch utan silikastft; Li et al (1994). Frysprvning av typ ASTM C 666, Metd A. Figure 13.6:4. Dynamic -mdulus as functin f the number f freeze-thaw cycles f nn-airentrained cncrete with varius water-cement rati and n silicafume. Test methd ASTM C 666 Methd A. Li et al (1994). r2 àe ø (ú =õ - ó 1 -f sf +5Í sf,é l sf r 2 3 Antal fryscykler Figur 13.6:5. nverkan av mängden silikastft på frstbeständigheten hs betng med knstant vbt=,24; Li et al (1994). Frysprvning av ryp ASTM C 666, Metd A. Figure 3.6:5. nfluence f the amunt f silica fume n the frst resistance f cncrete with cnstant water-binder rati,24. Test methd ASTM C 666 Methd A. Li et al ( 1994). 13-35
l3 Frstbeständighet 13.6:4 nre frstbeständighet - slutsatser Alla redvisade flercykelfrysningar visar att högpresterande betng sm saknar luftinblandning är känslig för frstangrepp trts att vbt är mycket lågt. Det förefaller alltså sm m högpresterande betng är mera känslig för inre frstskadr än för saltavskalning. n del undersökningar - men inte alla- tyder på att inblandning av silikastft reducerar den inre frstbeständigheten bestämd med en prvning av tradtinell typ, vilket inte behöver innebära att frstbeständigheten i verkligheten påverkas negativt av silikastft. Genmförda undersökningar visar att sättet att prva frstbeständigheten har str betydelse. Uppenbarligen ger traditinella flercykelfrysningar, där vatten kan frceras in i betngen, mycket större påfrestningar än encykelfrysningar av prver sm fått suga vatten fritt under lång tid ch sm sedan testas fuktislerade. Detta har str betydelse eftersm prvningsmetden bör återspegla de verkliga fuktförhållandena. Oislerade flercykelfrysningar kan vara alltför stränga för betng sm aldrig utsätts för denna typ av klimatbelastning. 3.7 TDG FRYSNNG För att en betng inte skall skadas av tidig frysning måste en självuttrkning mtsvarande en ungefärlig hydratatinsgrad av,48.vbt ha uppnåtts; Fagerlund (1997b). Denna självuttrkningsgrad nås mycket snabbt hs högpresterande betng; trligen inm krtare tid än vad sm mtsvarar en mgnadsålder av l timmar. Tidig frysning är därför inget allvarligt prblem hs högpresterande betng. 13.8 PROVNNGSMTODR FÖR HÖGPRSTRAND BTONGS FROSTB. STÄNDGHT 13.8:1 ndirekta prvningsmetder ndirekta mått på en betngs frstbeständighet, såsm lufthalt hs färsk ch hårdnad betng ch avståndsfaktr, har inte visat sig vara särskilt användbara för nrmalbetng. Man har därför i str utsträckning övergivit dessa metder ch ersatt dem med direkta frysförsök. Det finns ingen anledning att anta att dessa indirekta metder skulle fungera bättre på högpresterande betng. De bör darf<ir inte användas annat än sm en kvalitetskntrll under pågående byggnatin, varvid nivåerna på de indirekta egenskaperna skall bestämmas för varje betng individuellt baserat på en kalibrering mt direkta frysförsök. 13.8:1 Saltfrysprvning Vid saltfrysprvning förefaller högpresterande betng att påverkas mindre av variatiner i den yttre salthalten än nrmalbetng. Så kallade "pessimala" yttre saltkncentratiner har nämligen inte kunna bserveras för betng med vbt <,35. Det finns inte heller någt sm tyder på att det skulle finnas någn yttre saltkncentratin sm skulle vara mer aggressiv ãn de 3V sm används i den svenska standardmetden. Därför föreslås att d:nna metd i förändrad frm används även för högpresterande betng. Det finns vissa indikatiner på att betng med silikastft kan få en accelererande saltavskalning när ett strt antal fryscykler genmfcjrts. Kravet i BRO 94 alt betng med silikastft skall prvas till 112 cykler förefaller därför vara rimligt. Samma föreslås även gälla för betng med flygaska ch slagg eftersm även dessa material vid fältförsök visat sig försämra frstbeständigheten; Bremner et al (1989). Genm variatiner i förbehandlingen av frysprvkrpparna påverkas karbnatiseringsgraden hs ytan. ffekten av karbnatisering kan vara psitiv för vissa betngtyper; t ex betng baserad på rent prtlandcement, men negativ för andra betnger; tex betng baserad på slaggcement. nligt svenik standard förbehandlas därför betngen på r tt väl definierat sätt innan frysprvningen startar. Det finns ingen anledning att ändra på nuvarande regler för förprvning av betng med rent prtlandcement eller med begränsade mängder silikastft (< 5V). t3-36
l3 Frstbeständighet För betng med bindemedel sm påverkas negativt av karbnatisering kmmer den nuvarande frysprvningsmetden att ge resultat på säkra sidan eftersm betngen inte har någn möjlighet att karbnatisera under prvningen, men däremt i naturen. Nuvarande frysprvningsmetõd bör därför kmpletteras med en karbnatiseringsmätning ur vilken karbnatiseiingshasiigheten bedöms. tt ur denna mätning extraplerat karbnatiserat skikt mtsvarande frysprvningitiden 112 dygn adderas till uppmätt avskalning i frysförsöket. Avskalningen redvisas sm summan av uppmätt avskalning ch extraplerat karbnatiseringsdjup. Tills vidare föreslås att samma temperaturkurva används sm i dagens svenska metd, SS 13 72 44. Det vre dck önsvärt att genmföra studier av m någn annan fryskurva kan ge större avskalningar hs högpresterande betng. Så tex kan det terètisk tänkas att en längre tids lagring vid l.ägsta temperatur ökar risken för saltavskalning eftersm möjligheten till iskristalltillvaxi då ókar. Aven i naturen kan langa frysperider fcjrekmma. 13.8:2 13.8:2.1 Prvning av inre frstbeständigheten Alternativ 1: Mätning av dilatatin Prver sm inte är alltför stra (ca 3 gånger max stenstrlek) förses med en vattenhalt sm anses mtsvara den maximala, sm kan uppnås i verkligheten. Därefter fuktisleras prvet ch utsätts för en enstaka eller ett antal upprepade frysnings-upptiningscykler inm mrådet +15C till -2'C. Prvets längdändringar uppmäts sm funktin av temperaturen. Med "dilatatin" avses att prvet expanderar under frysningen i förhållande till den från plussidan extraplerade längd-temperaturkurvan. Om dilatatinen överstiger prvets töjbarhet (ca,l%) kan prvet anses vara beständigt vid den aktuella fuktnivan. Förstörelse kan ckså mätas genm dynamisk -mdul eller permaneñt längdökning efter upptining. Prvet är till sina principer detsamma sm användes av Vurinen (197). Förlagringstiden i vatten är dck knstant i Vurinens metd. n liknande prvningsmetd är den amerikanska ASTM C 671 "Critical Dilatin f Cncrete Specimens Subjected t Freezing". denna metd används dck en successivt ökande vattenlagringstid tills prvet börjar dilatera påtagligt. ftersm högpresterande betng är mycket tät kan det ta mycket lang tid att nå det önskade fukttillståndet före frysningen. Vid fri vattenupptagning kan det vara fråga m flera års kntinuerlig vattenlagring. tt alternativ är att trycka in vatten under högt tryck, tex 1 bar. Därvid kan man dck få någt högre fukttillstånd än det sm uppnås i naturen, varvid man riskerar att frstbeständigheten underskattas. Det finns anledning att utveckla dilatatinsmetden så att den blir praktiskt tillämpbar även på högpresterande betng. 13.8:2.2 Alternativ 2: Kritiska vattenmättnadsgradsmetden; Fagerlund (1977a) denna metd bestäms den kritiska vattenhalt sm ger frstskadr. Detta görs med frysförsök. Parallellt studeras hur mycket vatten sm tas upp under fri vattensugning under lika lång tid. De båda vattenhaltema jämförs. Om den kritiska vattenhalten är högre än den sm nås vid fri vattenupptagning är betngen frstbeständig vid den aktuella vattenabsrptinstiden. Om den kritiska vattenhalten är lägre åir betngen beständig. Denna metd har använts med framgång för nrmalbetng; Fagerlund (977b). Den är prövad för högpresterande betng. Det största prblemet är att få in tillräckligt höga vattenhalter i prverna inm rimlig tid. Metden förutsätter därför att man använder små prver. Såväl kritisk vattenhalt sm vattenhalt under fri vattenupptagning måste därför bestämmas på tunna prver. Försök har visat att man kan använda likada ra tunna cirkulära skivr för båda mätningarna; Fagerlund (198). 13.8:2.3 Alternativ 3: Flercykelprvning enligt ASTM C 666 de båda van beskrivna metderna utfördes frysförsöken på fuktislerade prver, dvs fukthalten är förändrad under själva frysförsöket. tt alternativ är att låta prvet ta upp vatten under själva t3-37
13 Frstbeständighet frysförsöket. Den mest använda metden av denna typ är ASTM C666 "Resistance f Cncrete t Rapid Freezing and Thawing ". Den förekmmer i tvtlika varianter: * Metd A. Frysning ch upptining i vatten * Metd B. Frysning i luft, upptining i vatten. Prismatiska prver med ett tvärmått mellan 75 ch 125 mm fryses ch tinas tämligen snabbt. Maximalt gen,mförs 3 fryscykler. För var 3:e cykel bestäms dynamisk -mdul. (Lämpligen bestäms även längdändring ch viktförlust.) Försöket frtsätter tills resterande -mdul ar 6Vi av det initiella värdet, eller till max 3 cykler. n beständighetsfaktr DF (Durability Factr) beräknas enligt: DF = Pc. N/3 (13.8:l) Dàr P, är resterande -mdul vid N cykler. Om P, är 46V efter 16 cykler är alltså DF = 46'16/3 = 24V. Om P. at 7 5V efter 3 cykler àr D F = 7 5.313 = 7 5V. Metden har kritiserats eftersm den ger realistiskt höga fuktnivåer i betngen; se tex Phille (1986). Metd B är dck i detta hänseende mildare än Metd A. ASTM C 666 har ckså kritiserats eftersm den medger stra variatiner i utförandet ch därmed i resultatet. Jämförande labratrieundersökningar saknas. nte heller har metden kalibrerats mt verkligheten. Sm påpekades i avsnitt t3.6:3 kmmer högpresterande betng trligen att enbart skadas i ytan eftersm fukten tränger in mycket långsamt. Det gör att frstbeständigheten underskattas hs den inre delen av prvet eftersm skadrna baseras på mätningar av egenfrekvens vid böjsvängning. Ytan får därvid prprtinellt str betydelse. brist på bättre metd föreslås dck att ASTM C 666 används, men att bedömningen av resultatet även baseras på mätningar av permanenta längdändringar ch viktförlust ch inte enbart på dynamisk -mdul (egenfrekvens). 13.9 LTTRATUR Bremner, T.W., Carette, G.G. & Malhtra, V.M. Rle f supplementary cementing materials in cncrete fr the marine envirnment. ngår i "Durability f cncrete. Aspects f admixtures and industrial by-prducts", 2nd nt. Seminar, Gthenburg, June 1989, Dcument D9:1989, Byggfrskningsrådet, Stckhlm, 989. Crdn, W.A. Freezing-and-thawing f cncrete. Mechanisms and cntrl. AC Mngraph N 3, Detrit, 1966. Dhir, R.K, Hewlett, P.C. & Chan, Y.N. Near-surface characteristics f cncrete: abrasin resistance. Materials and Structures, Vl24, N 14,1991. verett, D.H. The thermdynamics f frst damage t prus slids. Trans. f the Farad. Sc., N 57, 1961. Fagerlund, G. Nn-freezable water cntents f prus building materials. nst. byggnadsteknik, LTH, Reprt 42,1974. Fagerlund, G. The critical degree f saturatin methd f assessing the freezelthaw resistance f cncrete. Materials and Stuctures, Vl 1, N 58, 1971a. Fagerlund, G. The internatinal ccperative test f the critical degree f saturatin methd f assessing the freezellhaw resistance f cncrete. Materials and Structures, Vl 1, N 58, 1977b. Fagerlund, G. Predictin f the service life f cncrete expsed t frst actin. ngår i "Studies n cncrete technlgy". CB, Stckhlm, 1979. 3-38
l3 Frstbeständighet Fagerlund, G. Testing f frst resistance. ngår i "nt. Cllquium Frst-Resistance f Cncrete". Vienna June 198. Mitteilungen aus dem Frschungsinstitut des Vereins der Osterreichischen Zementfabrikanten. Heft 33, 198. Fagerlund, G. nverkan av lufthalt, luftprstruktur, knsistens, vattencementtal ch kmprimeringssätt på betngens beständighet mt frst ch salt. ngår i " Betngs frstbeständighet", Nrdiskt frskningsseminarium 23 ktber 1982, Rapprt Ra 2.83, CB, Stckhlm, 1983. Fagerlund, G. Frstbeständighet. Kapitel i Betnghandbk Material, Svensk Byggdänst, 1994. Fagerlund, G. Frst resistance f high perfrmance cncrete. Sme theretical cnsideratins. ngår i "Durability f high perfrmance cncrete", Prc f the nt. Wrkshp, Vienna, Febr. 14-15, 1994, RLM, Cachan,1995. Fagerlund, G. Predicting the service life f cncrete expsed t frst actin thrugh a mdelling f the water absrptin prcess in the air-pre system. ngår i "The mdelling f micrstructure and its ptential fr studying transprt prperties and durability". ditrs: Jennings, H., Krpp, J. & Scrivener, K.. Kluwer Academic Publishers, Bstn, 1996. Fagerlund, G. Undersökningar av den inre frstbeständigheten hs högpresterande betng. Avd byggnadsmaterial, LTH. Högpresterande Betng, Rapprt M2:6, 1997 a. Fagerlund, G. ffect f self-desiccatin n the internal frst resistance f cncrete. ngår i "Selfdesiccatin and its imprtance in cncrete technlgy". ditrs: Perssn, B. & Fagerlund, G. Avd byggnadsmaterial, LTH, Reprt TVBM-37 5, 1997 b. Fagerlund, G. & Yang, Q. Misture cnditins in high perfrmance cncrete stred in water r salt slutins fr 2 mnths. Avd byggnadsmaterial, LTH. Högpresterande Betng, Rapprt M2:8, 1997 (Under publicering). Gagné, R. & Marchand, J. La résistance à l'écaillage des BHP. ngår i "Freeze-Thaw Durability f Cncrete". &FN Spn, 1997. Hammer, T.A. & Sellevld,.J. Frst resistance f high-strength cncrete. ngår i "High strength cncrete. Secnd nt. Sympsium". d. Hester, W.T.. AC Spec. Publ. SP 121, 199. Helmuth, R.A. & Turk, D. H. lastic mduli f hardened prtland cement and tricalcium silicate pastes, effect f prsity. ngår i "Sympsium n the Structure f Prtland Cement Paste and Cncrete", HRB Spec. Reprt N 9, 1966. Hilsdrf, H.K. & Guse, U. Frst- and deicing salt resistance f high strength cncrete. ngår i "Durability f high perfrmance cncrete", Prc f the nt. Wrkshp, Vienna, Febr. l4-15, lgg4, RLM, Cachan, 1995. Kjellsen, K. O. Salçfrst resistance f nrmal and heat cured high-perfrmane cncrete - Relatin t pre structure. CB. Högpresterande Betng, Rapprt P4:5, 1995. Kukk, H. Frst effects n high strength cncrete withut air-entrainment. ngår i "Cncrete under severe cnditins", ditrs: Sakai, K., Banthia, N., Gjørv, O.., &FN Spn, 1995. Lagerblad, B. & Utkin, P. Silica granulates in cncrete - dispersin and durability aspects. CB Reprt 3.95,1993. Li, Y., Langan, B.W. & Ward, M.A. Freezing and thawing: Cmparisn between nn-air-entrained and air-entrained high-strength cncrete. AC Spec. Publ. SP 149,1994. Lindmark, S. Saltfrstbeständighet ch luftprstruktur hs högpresterande betng. Avd byggnadsmaterial, LTH, Rapprt TVBM-52, 199. Lindmark, S. nfluence f testing cnditins n salt scaling resistance f cncrete. Avd byggnadsmaterial, LTH, Högpresterande Betng, Rapprt M2:5, 1995. t3-39
13 Frstbeständighet Lindmark, S. A hypthesis n the mechanism f surface scaling due t cmbined salt-and frst attack. Avd byggnadsmaterial, LTH, Reprt TVBM-714,1996. Malhtra, M.V., Painter, K.A. & Bildeau, A. Mechanical sistance f high strength cncrete incrprating silica Aggregates, Vl9, N 2, 1987. Malmström, K. Cementsrtens inverkan på betngs frstbeständighet. SP-Rapprt 199:7; Statens Prvningsanstalt, Brås, 99. Matala, S. ffects f carbnatin n the pre structure f granulated blast furnace slag cncrete. Helsinki University f Technlgy, Faculty f Civil ngineering and Surveying, Cncrete Technlgy, Reprt 6, 1995. Mdéer, M. Opublicerade kalrimeterförsök. Avd byggnadsmaterial, LTH,974. Nrdström, K.& Fagerlund, G. Mätningar av inre frstbeständigheten hs betng sm lagrats under ca 18 månader i vatten eller 37 NaCl-lösning. Högpresterande Betng, Rapprt M2:7, t997 (Under publicering). Okada,., Hisaka, M., Kazama, Y. & Hattri, K. Freeze-thaw resistance f superplasticized cncretes. ngår i AC Spec. Publ. N 68, 1981. Peterssn, P-. The use f air-entraining and plasticizing admixtures fr prducing cncrete with gd salt-frst resistance. SP-Rapprt 1989:37, Statens Prvningsanstalt, Brås, 1989. Peterssn, P-. Betngs saltfrstbeständighet - Fältförsök. Sveriges Prvnings- ch Frskningsinstitut, SP Rapprt 1995:73, Brås, 1995. Peterssn, P-8. Reflectins n salt scaling f cncrete. ngår i "Selected Research Studies frm Scandinavia", Avd byggnadsmaterial, LTH, Reprt TVBM-378,1997 - Phille, R. Frst susceptibility f high-strength cncrete. ngår i "Cncrete Durability. Katharine and Bryant Mather nternatinal Cnference". AC Special Publicatin SP-1, 1986. Ppvics, S. ffect f prsity n the strength f cncrete. J. f Materials, Vl 4, N 2, 1969. Pwers, T.C. The air-requirement f frst resistant cncrete. Highway Research Bard, Prceedings N 29, 1949. Pwers, T.C. & Helmuth, R.A. Thery f vlume changes in hardened prtland cement paste during freezing. Highway Resea ch Bard, Prceedings, N 32, 1953. RLM CDF Test - Test methd fr the freeze-thaw resistance f cncrete - test with sdium chlride slutin (CDF). Recmmendatin. Materials and Structures, Y129,1996. Sellevld,.J. & Bager, D.H. Lw temperature calrimetry as apre structure prbe.ngår^i_"7th nternatinal Cngrels n the Chemistryf Cement", Paris 198. ditins Septima, Paris, 1981. Sellevld, 8.J., Bager, D.H., Klitgaard Jensen,. & Knudsen, T. Silica fume cement pastes: Hydratin and pie structure. ngår i "Cndensed silica fume in cncrete". nstitutt fr Bygningsmateriallære NTH, Reprt BML 82.61, Trndheim, 1982. Setzer, M. Muntlig infrmatin till RLM-kmmitté TCl l7-fdc, 1996. prperties and freezing and thawing refume. ASTM Cement, Cncrete and Stark, J. & Ludwig, H-M. The influence f the type f cement n the freeze-thaw/fre_e_ze-deicing salt resistance f cõncrete. ngår i "Cncrete und:r Severe Cnditins", ditrs: Sakai, K., Banthia, N., Gjørv, O.8., &FN Spn, 1995. Stark, J. & Cheluah, N. Bauhaus-Universität Weimar, F.A. Finger nstitut für Baustffkunde, Manuskript, 1995. l3-4
13 Frstbeständighet Utgenannt, P, & Peterssn, P-. nfluence f precnditining n scaling resistance fr different types f test surfaces. ngår i "Frst resistance f cncrete", ditrs: Setzer, M. ch Auberg, R. &FN Spn, 1997. Vesikari,. The effect f ageing n the durability f cncrete including by-prducts. ngår i "Durable cncrete with industrial by-prducts". Technical Research Centre f Finland, VTT, Sympsium 89, sb, 1988. Vurinen, J. On use f dilatin factr and degree f saturatin in testing cncrete fr frst resistance. Nrdisk Betng, N l, 197. Vurinen, J. On determinatin f effective degree f saturatin f cncrete. ntern rapprt, matran Vima OY, Betng- ch jrdlabratriet, Uleåbrg, 1973. Zhang, M-H. ch Gjørv, O.. ffect f silica fume n pre structure and chlride diffusivity f lw prsity cement pastes. Cement and Cncrete Research, Vl21, N 6, 1991. 13-41