EXAMENSARBETE INOM BYGGTEKNIK OCH DESIGN, GRUNDNIVÅ, 15 HP STOCKHOLM, SVERIGE 2019 Livslängdsdimensionering av korrosionsutsatta betongkonstruktioner BAWAN AZAD ALI SARA AHMADIYAN KTH SKOLAN FÖR ARKITEKTUR OCH SAMHÄLLSBYGGNAD
I
Livslängdsdimensionering av korrionsutsatta betongkonstruktioner Lifetime dimensioning of corrosion-exposed concrete structures Författare: Bawan Azad Ali och Sara Ahmadiyan Uppdragsgivare: Sweco Structures AB Handledare: Annika Gram, KTH och Victor Reinerstam, Sweco Examinator: John Leander Examensarbete: 15,0 Högskolepoäng inom Byggteknik och Design Serienummer: TRITA-ABE-MBT-19506 Godkännandedatum: - II
III
Sammanfattning Genom historien har man främst använt sig av järn som armering i betong. Samtidens byggteknik hade inte varit möjlig utan armerad betong, dock behöver man vara uppmärksam på armeringskorrosion framför allt på grund av klorider och karbonatisering. När kloriderna kommer i kontakt med armeringsjärnen påbörjas en kemisk reaktion som leder till att järnen oxiderar och börjar korrodera. I fuktig miljö när armeringen korroderar, expanderar järnen och spränger betongen inifrån vilket i sin tur resulterar i att sprickor uppstår i betongkonstruktionen. I syrefattiga miljöer uppstår det oftast svartrost som är den typ av skada som uppstår inuti en betongkonstruktion. Denna typ av skada upptäcks inte okulärt och blir därför en allvarligare typ av skada. Svartrost är även den typ av skada som kan förorsaka försämrad bärighet i konstruktionen eftersom tvärsnittsarean hos armeringen i betongen minskar. Sweco har varit inblandade i ett par projekt där det har förekommit enorma problem på grund av armeringskorrosion. Skadorna som har uppstått på grund av armeringskorrosion har lett till att reparationerna av dessa skador har varit kostsamma. Denna rapport är baserad på tidigare projekt, artiklar, litteraturstudier, rapporter samt intervjuer. Intervjuer har genomförts med kompetenta personer som har delat med sig av sina värdefulla åsikter, kunskaper och erfarenheter för att ge en bättre uppfattning av konsekvenserna som uppstår på grund av armeringskorrosion. För att stoppa pågående armeringskorrosion och även reparera skadorna, har reparationsåtgärder i denna rapport tagits fram. Några utav de mest relevanta förslagen på åtgärder i denna rapport är att ta bort den skadade betongen för att sedan gjuta på nytt, alternativt gjuta in katodiskt skydd eller en kombination av dessa. Nyckelord: Klorider, betong, armering, armeringskorrosion, katodiskt skydd, korrosion, rost IV
V
Abstract Through history, iron has mainly been used as reinforcement in concrete. Contemporary building technology would not have been possible without reinforced concrete, however, from a global perspective, many concrete buildings have begun to encounter reinforcement corrosion, mainly due to chlorides and carbonation. When the chlorides come into contact with the reinforcing bars, a chemical reaction begins, which causes the iron to oxidize and begin to corrode. In a humid environment when the reinforcement corrodes, the iron expands and bursts the concrete from inside, which in turn results in cracks occurring in the concrete structure. In an environment with lack of oxygen, it often occurs that non expanding rust products form that are not defected on the concrete surface occurs through discoloring or spalling. This type of damage is not detectedocularly and therefore forms a more serious type of injury. This type of rust is a silent type of damage that can cause deteriorated bearing capacity in the construction, since the cross-sectional area of the reinforcement in the concrete decreases. Sweco has been involved in a couple of projects where there have been huge problems due to corrosion of reinforcement. The damages that emerged leading to the repairs of these type of damage costing large sums. This report is based on previous projects, articles, literature studies, reports and interviews. Interviews have been conducted with competent people who have shared their valuable opinions, knowledge and experiences. In order to stop ongoing corrosion of reinforcement and also repair the damage, several alternative solution and repair measures have been devolped. Some of the most relevant suggestions in this report is to remove the damaged concrete and then re-cast or alternatively cast in cathodic protection or a combination of these. Key words: Chlorides, concrete, reinforcement, reinforcement corrosion, cathodic protection, corrosion, rust VI
VII
FÖRORD Med detta examensarbete avslutar vi vår högskoleingenjörsutbildning i byggteknik och design med inriktning inom konstruktionsteknik på Kungliga Tekniska Högskolan, KTH. Examensarbetet genomfördes i samarbete med SwecoStructures AB. Idén bakom examensarbetet uppstod vid diskussioner kring problematiken om armeringskorrosion på grund av kloridinträngning. Detta problem var aktuellt i ett antal projekt som Sweco var inblandad i. Vi vill även passa på att tacka samtliga inblandade under examensarbetet. Mer specifikt vår handledare på KTH, Annika Gram för sitt stöd, sina viktiga synpunkter samt vägledning. Vi vill även tacka vår handledare på Sweco, Victor Reinerstam för sitt värdefulla material och kontakter samt stora engagemang. Utöver detta vill vi rikta ett stort tack till samtliga som har ställt upp på intervjuer. Med er sakkunnighet och stöd har det blivit möjligt att utföra detta examensarbete. Slutligen, vill vi ge ett stort tack till våra nära och kära som alltid har stöttat oss och funnits där för oss under hela vår studietid. Stockholm, maj 2019 Sara Ahmadiyan och Bawan Azad VIII
Innehållsförteckning 1. INLEDNING 1 1.1 Bakgrund 1 1.2 Syfte och frågeställning 1 1.3 Målformulering 1 1.4 Avgränsningar 2 2. METOD 3 3. NULÄGESBESKRIVNING 5 4. TEORETISK REFERENSRAM 7 4.1 Klorid 7 4.1.1 Korrosionsmekanism 7 4.2 Betong 8 4.2.1 Allmänt om betong 8 4.2.2 Betong som byggmaterial 8 4.2.2.1 Ballast 8 4.2.2.2 Cement 8 4.2.2.3 Vatten 9 4.2.2.4 Vattencementtal 9 4.2.2.5 Tillsatsmedel 9 4.2.3 Hållfasthetsklasser 9 4.2.4 Exponeringsklasser 10 4.2.5. Karbonatisering 10 4.2.6 Miljöpåverkan 12 4.3 Armering 12 4.3.1 Historia 12 4.3.2 Uppbyggnad 12 4.3.3 Funktion 13 4.3.3.1 Dragarmering 13 4.3.3.2 Tryckarmering 13 4.3.3.3 Skjuvarmering 13 4.3.3.4 Sprickarmering 14 4.4 Korrosion i armerad betong 14 4.4.1 Skador 14 4.4.2 Orsaker 14 4.4.3 Konsekvenser 15 4.5 Alternativa armeringsmaterial 19 4.5.1 Armering 19 4.5.2 Rostfri armering 19 4.5.3 Varmförzinkad armering 19 4.5.4 Epoxibelagd armering 19 4.5.5 Fiberkompositarmering 20 4.6. Åtgärder 20 4.6.1. Vattenbilningsteknik och pågjutning av nytt frisk betong 20 4.6.2 Katodiskt skydd 21 4.6.2.1 Med offeranod, galvaniskt 22 4.6.2.2 Elektrolytiskt skydd, påtryckt ström 23 4.6.3 Nybyggnation 24 5. GENOMFÖRANDE 27
5.1 Litteraturstudie 27 5.2 Intervjuer 27 6. RESULTAT 29 7. ANALYS 31 7.1 Åtgärder vid ingjutna klorider 31 7.2 Åtgärder vid klorider utifrån 31 7.3 Vid nybyggnation 31 8. SLUTSATS 33 REFERENSER BILAGOR
1. INLEDNING 1.1 Bakgrund Samtidens byggteknik hade inte varit möjlig utan armerad betong, dock har man globalt stött på armeringskorrosion framför allt på grund av klorider och karbonatisering. När kloriderna kommer i kontakt med armeringsjärnen påbörjas en kemisk reaktion som leder till att järnen oxiderar och börjar korrodera. I fuktig miljö där armeringen korroderar, expanderar järnen och spränger betongen inifrån vilket i sin tur resulterar i att sprickor uppstår i betongkonstruktionen. I syrefattiga miljöer uppstår det ibland svartrost som är den typ av skada som kan uppstå inuti en betongkonstruktion. Denna typ av skada upptäcks inte okulärt och blir därför en allvarligare typ av skada. Svartrost är även den typ av skada som kan förorsaka försämrad bärighet i konstruktionen eftersom tvärsnittsarean hos armeringen i betongen minskar. Fram till ett par decennier sedan använde man tillsatsmedel, som innehöll klorider i betongen för att påskynda härdningen. Utöver detta användes även ett maximalt täckande betongskikt på 30 millimeter med ett högre vattencementtal vilket var dåtidens bestämmelser (Svensk Byggtjänst, 1975). Detta har lett till att dagens betongkonstruktioner som var menade att hålla i en längre period, har börjat stöta på problem redan i för tidigt skede. Idag har man mer kunskap och vet att täckande betongskikt bör ligga på minst 55 millimeter med ett lågt vct tal på 0.4 samt med exponeringsklass XD3 för korrosiva miljöer (SS-EN 206-1). 1.2 Syfte och frågeställning Syftet med detta projekt är att ta reda på orsakerna samt konsekvenserna med armeringskorrosion och vilka åtgärder man bör vidta vid dimensionering av betongkonstruktioner i korrosiva miljöer. Syftet är även att ta reda på hur man kan stoppa pågående korrosion. Frågeställningar som ska besvaras i denna rapport är följande: Vad finns det för olika armeringsmaterial och vilket är lämpligast? Hur kan man minska problematiken med att betong kommer i kontakt med klorider? Vad avgör val av åtgärd? 1.3 Målformulering Målet är att få mer kunskap om armeringskorrosion i betongkonstruktioner, vad som orsaker dessa, vilka åtgärder det finns och vad som avgör dessa åtgärder. 1.4 Avgränsningar Denna studie är avgränsad till betong och armering, samt problematiken med armeringskorrosion i betongkonstruktioner på grund av klorider, mer specifikt i parkeringshus. I denna rapport sker det ingen vidare fördjupning inom karbonatisering. 1
2
2. METOD Rapportskrivningen påbörjades efter att all teoretisk fakta insamlades. Intervjuer genomfördes med sakkunniga för att komplettera insamlad fakta samt för att få en djupare inblick i ämnet. Rapporten är främst baserad på litteraturstudier från Kungliga Tekniska Högskolans bibliotek. Intervjuerna utfördes i syfte att bekräfta det vi har läst och förstått stämmer överens med verkligheten. Frågorna som ställdes var förutbestämda men besvarades i en öppen diskussion som la en bra grund till rapportens analys, slutsats och resultatdelen. Personerna som vi intervjuade valdes på grundval sina erfarenheter och kompetens. För att kunna utföra arbetet och få svar på våra frågor så har vi ställt upp olika delmål som har hjälpt oss under arbetets gång och dessa var bland annat att i första hand ta fram en tidsplan. Vidare analyserades tidigare examensarbeten för att få mer kunskap inom ämnet. För att få en djupare inblick, utfördes en granskning av tidigare litteraturstudier och rapporter. Utöver detta intervjuades sakkunniga och erfarna personer vid öppna diskussioner. Slutligen togs samtliga åtgärdsprinciper fram och analyserades i syfte att kunna komma fram till när det är lämpligt att använda enskild strategi. 3
4
3. NULÄGESBESKRIVNING Denna rapport är skriven hos Sweco Structures AB, som grundades när arkitektföretaget NNFS började köpa upp konsultföretag. Sweco erbjuder tjänster inom bland annat arkitektur, byggkonstruktion och infrastruktur. Idag är Sweco aktiv i 14 olika länder, däribland Danmark, Tyskland och Nederländerna. Företaget har cirka 16000 anställda, varav 5600 i Sverige. Sweco omsätter cirka 18.7 miljarder kronor varan 7,2 miljarder kronor i Sverige. Under de senaste 30 åren har det blivit allt vanligare med betongskador i parkeringsgarage på grund av kloridinträngning. Sweco är för tillfället inblandad i två parkeringsprojekt, där dessa är utsatta för armeringskorrosion. Ena garaget togs i bruk 1971 och reparation för skadorna på det parkeringsgaraget uppskattades kosta 53 miljoner svenska kronor. Ur ett globalt perspektiv är korrosion ett kostsamt problem där den årliga kostnaden för korrosion universellt, ligger på 2,5 miljarder amerikanska dollar. Ur ett nationellt perspektiv har totala kostnader för Sverige legat på cirka 100 miljarder svenska kronor årligen. 5
6
4. TEORETISK REFERENSRAM 4.1 Klorid Klorider är negativt laddade joner, så kallad anjoner och härstammar från grundämnet klor och tillhör gruppen halogener, d.v.s. den grupp som bildar salter. Kemiska tecknet för en kloridjon är Cl-. Klorider befinner sig i olika miljöer och drabbar betongkonstruktioner på ett negativt sätt. Typiskt utsatta miljöer för betongkonstruktioner är badhus, broar, parkeringshus, trappor och loftgångar. Klorider förekommer i olika former, där de antingen ingår i en kemisk förening såsom NaCl, natriumklorid eller (Ca(ClO)2), kalciumhypoklorit. Natriumklorid är salter som oftast finns i parkeringsgarage där fordon har släpat med sig det in till garaget under vinterhalvåret. Kalciumhypoklorit förekommer i simhallar och används i simbassänger. Klorider förekommer även som negativt laddade joner lösta i vatten. 4.1.1 Korrosionsmekanism Korrosion är en elektrokemisk utvecklingsgång där elektroner förflyttas mellan anod och katod. Positivt laddade järnjoner, Fe 2+ upplöses i en lösning vid anoden samtidigt som elektroner via armeringen frigörs till katoden, vid katoden inträffar en kemisk reaktion mellanelektroner, vatten och syre som bildar hydroxyjoner OH -. Järnjoner Fe 2+ och hydroxyjoner OH - reagerar och bildar Fe(OH)2. Fe 2 + OH - Fe(OH)2. Man kan se hur korrosionsmekanismen fortlöper och utifrån denna modell kan man på ett ungefär räkna på livslängden, se Figur 1. Figur 1. Korrosionsprocessen (Betonghandbok material, 1994) 4.2 Betong 4.2.1 Allmänt om betong 7
Den tidsperiod då betong först började användas är svår att definiera, det beror på hur man tolkar termen betong. De äldsta betongliknande material som hittats är från ca 6500 f.kr i norra Jordanien (Gromicko N & Shepard K). Många folkgrupper har använts sig av betong i historien, särskilt kända för detta är romarna. Man använde betong i många olika byggnadsverk, exempelvis broar, hamnar och amfiteatrar. Många av dessa står än idag (Betongföreningen). Efter att Romarriket föll så började användningen av betong så småningom att upphöra. Det var först under industriella revolutionen som betong började användas igen som byggmaterial. Under slutet av 1800-talet började man lära sig att armera betongen, vilket senare öppnade stora möjligheter (Bellis M, 2019). Idag är betong det mest använda byggmaterialet eftersom den har god tryckhållfasthet, beständighet samt formbarhet (Gillberg B, 1999). Betong har en lång livslängd och kan både återanvändas samt återvinnas till fullo, detta gör betong till ett miljövänligt byggmaterial. Idag kan man med hjälp av betong bygga enorma konstruktioner som till exempel dammar, broar, tunnlar och skyskrapor. Dock används betong som mer än endast byggmaterial. Man framställer idag föremål av betong i form av krukor, fontäner, statyer och möbler. 4.2.2 Betong som byggmaterial Betong är ett kompositmaterial. I en vanlig betongfabrik, finns det mer än 200 olika betongrecept. Med olika recept, kan man variera betongens egenskaper. Betong består av ballast, cementpasta och tillsatsmedel. 4.2.2.1 Ballast Ballast är en gemensam benämning på bergartsmaterial avsedda för betongtillverkning. Ballasten är sten, grus eller sand beroende på storlek. Ballast påverkar betongens egenskaper såsom drag- och tryckhållfasthet samt densitet. 4.2.2.2 Cement Likt ballasten har cementet avgörande betydelse för betongens egenskaper. Alltifrån hanterbarhet, gjutbarhet, färg och beständighet. Cement är ett hydrauliskt bindemedel, vilket betyder att betongen hårdnar vid reaktion med vatten, som senare blir beständig mot vatten. Det finns olika cementtyper som definieras efter kemisk sammansättning och användningsområden (Betonghandbok material, 1994). Cement tillverkas genom att finmalen kalksten bränns i ugn med temperatur över 1400 C till cementklinker. Därefter kyls cementklinkern och mals ner till pulver. Pulvret blandas med små mängder gips och upp emot 5 procent tillsatsbeståndsdelar, ofta kalkstensfiller. 4.2.2.3 Vatten Vatten används för tre olika ändamål, som blandningsvatten, härdningsvatten samt spolvatten. I alla tre fall, måste vattnet vara av bra kvalitet. En tumregel är att vattnet som används ska vara drickbart för människan och vara neutralt på ph-skalan. Konsekvenserna av dålig kvalitet på vattnet resulterar i försämrad hållfasthet samt beständighet (Betonghandbok material, 1994). 8
4.2.2.4 Vattencementtal Vattencementtalet förkortas vct, det anger relationen mellan vikten av vatten och vikt cement i en betongblandning. Betongens egenskaper bestäms främst av vattencementtalet. Formel: vct = W/C (kg/kg). Där W är vattnets massa i kg och C är vikten cement i kg. 4.2.2.5 Tillsatsmedel Tillsatsmedel i betong är vattenlösningar av olika kemiska substanser, med de olika tillsatsmedel underlättas hanteringen av betong och det är tack vare tillsatsmedel som den moderna byggtekniken är möjlig.de vanligaste tillsatsmedel i Sverige är flytmedel, 75 procent och vattenreducerare 14 procent. (Tillsatsmedel för betong). Dessa två tillsatsmedel ser till att betongen blir mer lättflytande, utan att man ska behöva tillsätta mer vatten. Mer vatten ger ett högre vattencementtal vilket leder till att betongen får sämre kvalité. Det finns inga specifika tillsatsmedel för att anpassa betongen efter armeringskorrosion,men däremot är samtliga tillsatsmedel miljövänliga och uppfyller miljökraven (Ömer, A. 2019). 4.2.3 Hållfasthetsklasser Betongen delas in i olika hållfasthetsklasser. Utifrån hur stort tryck den färdiga betongkonstruktionen utsätts för väljs hållfasthetsklass. Hållfasthetsklasserna betecknas med ett C (Concrete) samt två värden, tex C 30/37. Första talet står för cylinderhållfastheten i MPa och det andra talet för kubhållfastheten i MPa.Hållfastheten är beroende av vct, ett lägre vct ger en högre tryckhållfasthet. 4.2.4 Exponeringsklasser Betongkonstruktioners omgivningsmiljö är avgörande för betongkonstruktionens livslängd, av den anledningen har man exponeringsklasser som är grupperade efter de farligaste nedbrytningsmekanismerna. Exponering är avgörande för vilka krav som bör ställas på betongkvalitet, täckande betongskikt samt vct. En betongkonstruktion kan vara utsatt av flera olika nedbrytningsmekanismer, vilket betyder att flera olika exponeringsklasser kan anges för samma betong, därför bör den betongsammansättning som uppfyller de strängaste kraven väljas. Det finns 18 olika exponeringsklasser som grupperas efter olika nedbrytningsmekaniser, se Figur 2. 9
Figur 2. Tabell över exponeringsklasser (Svenska betongföreningen, 2017). 4.2.5. Karbonatisering Karbonatisering är en diffusionsprocess och uppstår när koldioxid i luften tränger in i betongens porer och neutraliserar det alkaliska, passiverande betongskikt som täcker armeringen. Koldioxiden reagerar med Kalciumhydroxid, Ca(OH)2 och ger upphov till en intensiv sänkning av betongens ph-värde. Sänkningen av ph-värde gör att järnarmering kan börja rosta om fuktigheten är tillräckligt hög. Inträngning av en karbonatiseringsfront kan beräknas med följande formel: x = k t där x = karbonatiseringsinträngning/karbonatiseringsdjup t = tiden k = koefficient Koefficienten k, kan beräknas på två olika sätt. Ett sätt är att karbonatiseringsdjupet för en betongkonstruktion mäts i minst ett år. Ett annat sätt är att man tar reda på betongens diffusionskoefficient för koldioxid, betongens koldioxid-absorption och omgivningens koldioxid koncentration, sedan går det teoretiskt att räkna fram värdet på k. 4.2.6 Miljöpåverkan 10
En viktig beståndsdel av betong är cement. Vid tillverkning av cement släpps koldioxid ut, koldioxidutsläppen på grund av cementtillverkning utgör idag ca tre till fyra procent av världens totala koldioxidutsläpp. Dock har koldioxidutsläppen på grund av cementtillverkning minskat de senaste 20 åren, tack vare olika åtgärder. I Sverige har man aktivt jobbat inom cementindustrin för att minska koldioxidutsläppen. Man har mellan åren 1990 till 2013 lyckats sänka koldioxidutsläppen från 809 till 709 kg/ton cement. Detta är en minskning med 12% (Svensk betong). Dock släpps årligen 2.2 miljoner ton koldioxid ut i Sverige (Tomas betong). Nedanstående bild illustrerar livscykel hos cement, se Figur 3. Figur 3. (Svensk Betong). Att göra en livscykelanalys innebär att man lägger ihop miljöpåverkan från olika delsteg i en produkts livscykel. Från utvinning till återvinning. Livscykelanalyser visar att cement står för över 90 procent av koldioxidutsläppen under betongens livslängd. Resterande koldioxidutsläpp kommer från andra råvaror, tillverkning av betong samt transport. Figur 4 illustrerar fördelningen av koldioxidutsläppen. Figur 4. (Tomas Betong). Likt träd tar betong upp koldioxid, det går fortast i början och saktas ner med åren. Detta är en kemisk process och pågår under hela livslängden. Årligen absorberar betongkonstruktioner i Sverige 300 000 ton koldioxid. Ur en livscykelanalys hämmar detta betongens totala koldioxidutsläpp med 15 till 20 procent. En överslagsmässig LCA-analys för armerad betong i garage finns under rubriken bilaga. I denna bilaga presenteras siffror av den mängd föroreningar som släpps ut från produktion till användning av betongbjälklag i parkeringshus. Analysen är gjord med hänsyn till 1 m 3 betong, 400 kg armeringsjärn av kolstål och 300 km transport. 11
Enligt siffrorna i LCA-analysen så har armeringsjärn större negativ miljöpåverkan än betong. Vidare visar siffrorna att vid framställning av produkterna så går det åt 2.9 gånger mer vatten för armering i jämförelse med betong. Utöver detta visar siffrorna i analysen att det går åt 1.5 gånger mer energi vid framställning och transport av armering i jämförelse med betong. Detta resulterar i att armeringsjärn bidrar till ett större koldioxidutsläpp än betongen. Däremot släpper betongen ut mer svaveldioxid och kväveoxider. Siffrorna i bilaga ett och två är tagna ifrån Minho universitet. Siffrorna i bilaga tre är från energigas Sverige. De resterande bilagorna har räknats fram av oss genom att multiplicera siffrorna i bilaga ett, två och tre med 1m 3 betong, 400 kg armeringsjärn och 300 km transport. Resultaten har iakttagits och analyserats i syfte att se hur armerad betong i parkeringshus påverkar miljön. 4.3 Armering 4.3.1 Historia Samtida armering användes redan under 1800-talet då stålet för första gången tillämpades för att armera betong (Handbok Armering i Grunden). 4.3.2 Uppbyggnad Anledningen till att man idag armerar betong, är för att öka dess draghållfasthet. Armeringen ser till att betongen ska kunna utsättas för och samtidigt ta upp tryck-, drag- och skjuvspänningar. Armeringen bidrar även till bättre lastfördelning i byggnadskonstruktionen och förebygger sprickbildningar. Dagens armeringsteknik har resulterat i att mindre mängd betong behöver användas vid dimensionering av betongkonstruktioner. Armering kan antingen ske på plats eller få det skickat till önskad adress Armering gjord av stål är ett vanligt alternativ för att betongen ska kunna ta upp dragspänningar (Betonghandbok Material, 1994). Materialet stål styrs av sin sammansättning som resulterar i de egenskaper som stålet har. Kolhalten i stål har en inverkan vad gäller materialets seghet och mjukhet. För att åstadkomma önskade egenskaper hos materialet kan man legera stål. Stål som används i syfte att armera, är varmvalsat och har dessutom hög draghållfasthet för att kunna bidra till betong med eftersträvade hållfasthet. Förankringen hos dragarmeringen har ett stort inflytande på hållfastheten där förankringen är påverkad av armeringens vidhäftning mot betongen. För att få en god vidhäftning, måste bland annat armeringsytan vara ren. En fet eller smutsig armeringsyta bidrar till försämrad vidhäftning. Utöver detta spelar även betongens sammansättning sin roll, där exempelvis ett höjt vct tal i betongen minskar vidhäftningen. För att se till att detta ska funka, gäller det att ta hänsyn till samtliga fall vid lagringen av all armering (Handbok Armering i Grunden). 4.3.3 Funktion Armering används för att minimera sprickvidden och inte för att hindra dessa från att uppstå. För att minimera sprickorna måste man använda rätt typ av armering. För att begränsa sprickorna brukar vanligtvis tätare armering och mindre diameter på dessa hindra större sprickvidder. I de delar av betongkonstruktionen som utsätts för större laster på en mindre yta, resulterar i större spänningar och 12
därför bör armering med mindre storlek på diametrarna placeras där. Vid användning av rostfritt armering tillåts högre sprickvidder (Winberg F. 1998). Armering krävs för att betongen först och främst inte tål lika mycket dragspänningar som tryckspänningar. Sprickbildningar uppkommer på grund av dragspänningar och byggnadens egentyngd. Sprickor uppstår som förvarning innan ett brott kommer ske. Betong som inte armeras kommer att gå i brott utan några som helst förvarningar, men däremot kommer armerad betong att deformeras innan det går i brott, eftersom den tål mycket högre laster. Detta resulterar i att deformationen kommer upptäckas för att sedan kunna åtgärdas. Armering delas in i olika kategorier, varav fyra av dessa är: Dragarmering Tryckarmering Skjuvarmering Sprickarmering 4.3.3.1 Dragarmering Armeringen placeras i de delar av betongkonstruktionen som utsätts för dragspänningar under förutsättningar att det enbart är armeringen som kommer ta upp dessa dragspänningar utan betongen som hjälp. Dragarmeringen blir inte påverkad av dragspänningar förrän konstruktionen utsätts för yttre laster (Handbok Armering i Grunden). 4.3.3.2 Tryckarmering I byggnadskonstruktioner är det pelare och väggar som utsätts för stora tryckspänningar. När pelare och väggar armeras kan de ta upp större laster. För att optimera armeringseffekten, krävs det attmaximera vidhäftningen. För att utföra armering av pelare, måste byglarna hålla ihop den vertikala armeringen. Byglarna ser till att armeringen sitter precist och ser även till att stängerna binds till varandra för att på så sätt kunna avvärja utknäckning. Tryckarmering placeras dessutom i konstruktioner som har tendens att böjas vid belastningar och för att förstora området som utsätts för böjning (Handbok Armering i Grunden). 4.3.3.3 Skjuvarmering Plattor och balkar är två av de böjbelastade konstruktioner som utsätts för skjuvspänningar. När betongen utsätts för stora skjuvspänningar, måste den armeras med vertikala eller sneda byglar. Armeringen placeras vid upplagsändarna (Handbok Armering i Grunden). 4.3.3.4 Sprickarmering När betongen utsätts för temperaturförändringar eller krympning, kan detta resultera i sprickor hos betongkonstruktionen. Sprickorna kan antingen ligga tätt och vara smala eller ligga glest och vara grova. Storlek, placering och antalet sprickor påverkas bland annat av mängden armering gentemot plattjockleken, och kvalitén på betongen, täckande betongskikt och effektiva höjden (Handbok Armering i Grunden). 13
Tjockleken på täckande betongskikt spelar en väsentlig roll för både sprickbildning samt korrosionsskydd. Det är viktigt att ta hänsyn till täckande betongskikt då ett för tunt skikt inte kommer kunna ta upp kraften från armeringen. Ett för tunt täckande skikt resulterar även i högre korrosionsrisk, där kloridjoner tränger sig in i betongen och når armeringen betydligt snabbare (Fagerlund G, 2011). Vidare har även betongens täckande betongskikt en stor påverkan för den tid det tar för karbonatiseringen att nå armeringen i betongen (Betonghandboken material, 1994). Effektiva höjden är det avstånd under tryck, mellan armeringens tyngdpunkt till kanten. Effektiva höjden måste räknas ut då man vill kontrollera eller räkna på bärförmågan hos betongkonstruktionen. Betongkonstruktionens bärförmåga utgår mycket ifrån den effektiva höjden, om höjden minskas kommer även bärförmågan att göra det. 4.4 Korrosion i armerad betong 4.4.1 Skador Betong är det material som används väldigt ofta för sin goda hållfasthet, men det finns olika fysikaliska och kemiska faktorer som kan påverka materialet negativt. Den kemiska och fysiska beständigheten hos betong kan brytas ned både på den våta sidan och torra sidan. Det förekommer även väldigt ofta att betongen drabbas på insidan utan att det synliggörs på utsidan. De kemiska och fysiska processer som påverkar betongen negativt orsakar olika typer av skador. Dessa skador resulterar i sin tur att bland annat bärigheten hos konstruktionen i hög grad försämras (Jacobsson M, 2016). De flesta parkeringshus och badhus utsätts för motsvarande betongskador. På den våta sidan är urlakning och yterosion de vanligaste former av betongskador som iakttas. Däremot är armeringskorrosion, läckage och sprickbildning de skador som drabbar den torra sidan (Jacobsson M, 2016). 4.4.2 Orsaker Med tiden kommer samtliga betongkonstruktioner som står utomhus, att drabbas av armeringskorrosion. Korrosions angreppet sker på två olika sätt; där den ena är initierad av kloridinträngning och den andra av karbonatisering. Dessa angrepp kan uppstå separat eller i kombination med varandra. Livslängden hos utomhuskonstruktioner avgörs av tjockleken hos täckande betongskiktet samt betongens vattencementtal, vct (Almgren T, Sköld M, Rapp T & Norlen B, 2013). Armeringskorrosion uppstår av en rad olika anledningar och detta bidrar till skador på betong hos framförallt inomhus konstruktioner i fuktiga miljöer. Huvudsakliga orsaken till skador på betongkonstruktioner, är att dessa i de flesta fall kommer i kontakt med vatten. En av konsekvenserna är att vattnet oftast innehåller klorider i olika former. För att kloriderna ska kunna ta sig in i betongen måste de ha tillgång till fukt, men för att korrosion processen ska genomföras krävs det syre. Korrosion kan alltså inte uppstå då betongen är vattenmättad (Jacobsson M, 2016). Tösalter innehåller klorider och när armerade betongkonstruktioner kommer i kontakt med dessa, kommer kloridkoncentrationen att byggas upp i det täckande betongskiktet. När koncentrationen har nått viss nivå kommer armeringsjärnen att börja rosta. Lik karbonatisering, är det betongens täthet som avgör hur fort kloridinträngning sker (Almgren T, Sköld M, Rapp T & Norlen B, 2013). 14
Klorider tränger sig in i konstruktionen under olika omständigheter, exempelvis under vintern då fordon släpar med vägsalter som i sin tur tränger sig in i betongen via tösalter. Detta resulterar sedan i att överkantsarmeringen korroderar (Jacobsson M, 2016). Förutom parkeringshus är oftast badhus drabbade då dessa byggnader har både fukt ochkloridinträngning. Förutom problematiken med klorider är även vatten i ångform skadligt för betongen då den tränger fram på de torra ytorna av betongen. Detta leder till att armeringen korroderar och det brukar man få syn på då rostfläckar träder fram på betongens yta (Jacobsson M, 2016). I betongen finns det kalciumhydroxid och denna kemiska förening bidrar till betongens goda hållfasthet samt till materialets basiska egenskap. Den basiska egenskapen hos betongen bidrar som ett skydd mot armeringskorrosion eftersom stålet i en sådan basisk miljö får ett tunt skikt av tätoxid, vilket i sin tur hindrar kommande angrepp (Almgren T, Sköld M, Rapp T & Norlen B, 2013). När karbonatisering uppstår, har luftens koldioxid reagerat med den kemiska föreningen kalciumhydroxid. När detta sker, sänks ph-värdet och resulterar i att stålmaterial rostar. Om det är tillräckligt fuktigt, vilket det brukar vara i utomhusmiljöer, kommer armeringsjärn rosta. Betongens täthet och den fuktiga miljön är två faktorer som avgör hur fort karbonatiseringen sker. Ju tätare betongen är och ju mindre fukt materialet utsätts för, desto långsammare kommer karbonatiseringen ske (Almgren T, Sköld M, Rapp T & Norlen B, 2013). Detta beror på att koldioxid färdas lättare i luft än i vatten och därför kommer karbonatisering ske mycket fortare inomhus än utomhus. Om en utomhus konstruktion är utsatt för regn kommer det vara betydligt svårare för koldioxiden att tränga sig in och på så sätt kommer karbonatiseringen av betong ske mycket långsammare(almgren T, Sköld M, Rapp T & Norlen B, 2013). Det som även avgör hur lång tid det tar för skiktet att lossna är tjockleken på betongskiktet och tillgången till vatten (Betonghandbok Material, 1994). Kloridjoner som har trängt in i konstruktionen bidrar även till skador på det täckande betongskiktet, vilket i sin tur kommer påskynda karbonatiseringen, eftersom koldioxid kommer tillåtas att ta sig längre in i betongkonstruktionen och på så sätt uppkommer karbonatiserings angrepp. Samverkan mellan klorider och karbonatisering påskyndar armeringskorrosion. Förutom att kloridjoner utifrån tar sig in i konstruktionen kan de redan från början befinna sig i betongen då de tillsattes i betongmassan innan gjutningen. Denna metod användes fram till 1980-talet i syfte att påskynda härdningen av betongen genom att tillämpa kalciumklorid. Vid undersökning om risk för armeringskorrosion, kan man ta ut prov för att se om halterna av kloridmängden överstiger 0,4 % av den totala cementvikten. Om så är fallet, löper det stor risk för armeringskorrosion vilket leder till att det täckande betongskiktet kommer falla av (Betonghandbok Material, 2017). 4.4.3 Konsekvenser När armeringen korroderar ger det upphov till olika typer av skador hos betongen. Somliga skador kommer med tiden att sätta sig på utsidan. De skador som drabbar betongkonstruktionen är: Rostfläckar Spjälkningar Svartrost Sprickor 15
Rostfläckar och kalkutfällningar är tecken på att armeringen korroderar, men även sprickor bildas på betongytan på grund av rost. När korrosionen fortskrider sker spjälkning av betongens täckskikt vilket sedan orsakar försvagning hos armeringsjärnen. När armeringsjärnen försvagas, blir ävenkonstruktionens bärighet försvagad och konstruktionen riskerar att bryta samman (Almgren T, Sköld M, Rapp T & Norlen B, 2013). Ett exempel på hur rostfläckar och sprickor kan se ut i verkligheten, se Figur 5. Figur 5. Spricka och rostfläck på grund av kloridinträngning (Karawajczyk, E 2018). En riskabel sort av korrosion är svartrost. När korrosion av järn i en syrefattig miljö uppstår, bildas svartrost eftersom järnet löses upp i betongen. Det som händer är att betongen inte spricker som vid vanlig korrosion utan istället bildas det hålrum där armeringen är placerad, detta på grund av att järnjonerna transporteras bort när järnet löser upp sig vid korrosion. Konsekvenserna blir allvarligare eftersom konstruktionens bärförmåga kan försvagas avsevärt utan att det synliggörs på utsidan (Betonghandbok Material, 2017). Som det har nämnts tidigare i rapporten, är sprickor oundvikliga, men däremot är det storleken på dessa som spelar roll i praktiken. Mindre sprickor utgör ingen fara för konstruktionens bärighet, men problemet är när dessa små sprickor expanderas och förorsakar läckage som kan resultera i större svårigheter. Sprickor uppstår oftast på grund av att armering har korroderat och därför följer sprickorna oftast armeringens riktning (Jacobsson M, 2016). Synliga sprickor vid ytan kan orsaka problem då dessa kan fortsätta långt in genom hela konstruktioner, detta leder till att stora vattenmängder kan transporteras som med tiden kan resultera i andra typer av nedbrytnings reaktioner. Nedanstående bilder illustrerar skadad pelare på grund av korrosion, se Figur 6 och 7 16
Figur 6. Spricka och rostutfällning på grund av klorider (Karawajczyk, E 2018). 17
Figur 7. Armering sticker ut (Karawajczyk, E 2018). 18
4.5 Alternativa armeringsmaterial Under de senaste 30-50 år har det blivit allt vanligare att betongkonstruktioner har blivit drabbade av betongskador på grund av kloridinträngning. Livslängden på äldre konstruktioner som har projekterats för att hålla i exempelvis 50 år, börjar stöta på korrosionsproblem i den armerade betongen redan efter cirka 25 år, där bärförmågan försämras och lasterna behöver begränsas. 4.5.1 Armering Armeringsjärn utgörs av kolstål, som är en legering av järn och kol. Förutom kol är det normalt att små mängder kisel och mangan förekommer i legeringen. Det största problemet med kolstål av armeringsjärn är att dessa korroderar och spränger betongen inifrån. Man har försökt byta ut armering av kolstål mot andra material för att undvika korrosionsproblem, med både lyckade och misslyckade resultat. Dock är kolstål fortfarande det material som används mest, främst på grund av erfarenhet, kunskap samt ekonomi. 4.5.2 Rostfri armering Rostfritt stål fås genom att öka kromhalten i stålet med ca 12%, vill man ytterligare ha ha ännu mer ökad korrosionsmotstånd, bör man öka kromhalten till 18-20%(Betong och armeringsteknik S.85). Dock kostar rostfritt stål cirka sex till sju gånger mer än vanligt kolstål, därför använder man rostfritt stål när kraven på korrosionsmotstånd är mycket högt. Det finns stora möjligheter att kombinera vanligt kolstålsarmering med rostfritt armering, man kan till exempel använda rostfritt i de delar av betongkonstruktionen som är mer utsatta för klorider.genom att använda rostfritt stål selektivt tillsammans med vanlig kolstål kan man sänka kostnaderna. Beräkningar visar att rostfritt armering blir billigare i längden (Eriksson L, 2003). 4.5.3 Varmförzinkad armering Zink är ett grundämne med stor korrosionshärdighet, vilket gör att den kan användas som skydd för järn. Man isolerar järnytan med ett lager zink genom att doppa armeringen i smält zink. Denna metod ökar järnets livslängd med minst fem gånger. Med tiden kommer zink beläggningen att korrodera, men kan ändå ses som rostfritt eftersom det tar längre tid för materialet att korrodera (Almgren T, Sköld M, Rapp T & Norlen B, 2013). 4.5.4 Epoxibelagd armering Epoxi är en härdplast och tillhör gruppen epoxiplaster.epoxibelagd armering används både vid nybyggnation samt reparation av betongkonstruktioner. Epoxibeläggningen är effektiv även när betongen har karbonatiserat (Almgren T, Sköld M, Rapp T & Norlen B, 2013). Dock måste man jobba försiktigt med epoxibelagd armering, eftersom skadad beläggning leder till en snabbare korrosionsprocess. Vägverket har skrivit i BRO 94, på sidan 43 följande: En stång med skador i epoxiskiktet, motsvarande mer än 1% av stångens yta, ska kasseras. Epoxibelagd armering har använts i Kanada och USA hos parkeringsdäck, med ej lyckade resultat, och en slutsats är att skador på beläggningen är oundvikligt. Epoxibeläggning sker I fem olika steg. 19
1 Stålet rengörs från all form av smuts. 2 Stålet hettas upp. 3 Epoxipulver sprutas på stålet. 4 Pulvret smälter och härdas på stålet. 5 Man inspekterar stålet. 4.5.5 Fiberkompositarmering Under 1980-talet började man använda fiberkompositmaterial inom byggbranschen, den hade använts långt tidigare inom flygindustrin, dock hade forskning om fiberkompositer pågått för byggbranschen sedan 1950-talet. Idag används mer än tio miljoner meter fiberkompositarmering årligen inom den globala byggindustrin (Täljsten B, 2019). Ett fiberkompositmaterial är en konstgjord sådan och består av någon form av fiber, aramid-, glas-, eller kolfiber kombinerad med exempelvis med epoxi, polyester, eller vinylester. Kombinationen bildar ett nytt unikt material med nya egenskaper. Fiberkompositer har hög draghållfasthet, låg elasticitetsmodul, låg vikt samt god korrosionsbeständighet. Dessutom är fiberkompositer ett anisotropt material, det vill säga har olika egenskaper i olika riktningar. I fiberns riktning har materialet hög styrka och styvhet, medan i tvärriktningen är materialet mycket svagare. Det är därför mycket viktigt att man placerar materialet på rätt vis och på rätt ställe i en betongkonstruktion. De mest använda och vanligaste fibrerna är, aramid-, basalt-, glas-, och kolfibrer. Dessa fibrers egenskaper skiljer sig markant från varandra, på grund av olika bindningskonfiguration och bindningstyper. Valet av fibrer måste grunda sig i de olika kraven som ställs på konstruktionen, t.ex. kostnad, styrka och styvhet samt resistens mot nedbrytningsmekanismer som till exempel fukt, värme och fryscykler, samt kemiska angrepp. Den vanligast förekommande armeringen i betong är glasfiberarmerad vinylester, dock är kolfiberarmering starkare och lämpar sig bättre som armering. Anledningen till att glasfiberarmering används i större utsträckning beror på att kolfiberarmering är cirka 10 gånger dyrare (Täljsten B, 2019). En stor övergripande fördel med fiberkompositarmering är att den goda korrosionsbeständigheten ser till att man inte behöver ta hänsyn till betongsprickor orsakade av korrosion i sina beräkningar av det täckande betongskiktet (SBUF nr 99:02). De två största utmaningarna med fiberkompositarmering som har sett till att materialet inte slagit igenom, är den höga materialkostnaden och den otillräckliga erfarenheten. En annan utmaning är att fiberkompositarmering inte kan bockas på plats utan måste förtillverkas. 4.6. Åtgärder 4.6.1. Vattenbilningsteknik och pågjutning av nytt frisk betong Vattenbilning är en metod för att avverka betong för att senare ersätta skadad betong med nytt. En fördel med tekniken är att den inte frambringar några mikrosprickor. Metoden började först att användas i Europa under 1970-talet. I Sverige har man sedan i början av 1980-talet framgångsrikt använt sig av vattenbilning. Idag är tekniken den mest vanliga för att avverka skadad betong och används idag i högre grad i Sverige än resterande länder i Europa (Byggindustrin,Vattenbilning ekonomiskt lönsam). 20
Processen börjar med att vatten pumpas med ett tryck på över 1000 bar till en robot, roboten omvandlar sedan vattentrycket till precisionsstrålar som med ljudets hastighet sprutas ut och träffar den valda delen av betongkonstruktionen. Vattnet tränger igenom betongen och trycker bort den skadade betongen. Kvar blir den friska delen av betongen samt armeringen. Ett sätt är att man avlägsnar betongen helt runt omkring armeringen så att armeringen frigörs från klorider samt blir idealisk för bindning med ny betong (Byggindustrin,Vattenbilning ekonomiskt lönsam). Vattenbilningsarbetet utförs av robotstyrda maskiner, därpå kontrollerar man och rensar där roboten inte kommit åt. Då använder man sig av en handhållen vattenbilningsslang.enligt AMA Anläggning 13 BED.141 ska den person som uträttar vattenbilningsarbeten ha genomfört utbildning enligt Vägverkets publikation 2002:4 Selektiv vattenbilning. Dessutom krävs special utrustning eftersom vattenstrålarna är starka nog att skära igenom hud och skelett. Dock är vattenbilning ur ett arbetsmiljöperspektiv skonsamt för kroppen, det dammar inget och vibrerar inte. Dessutom är metoden en miljövänlig sådan, det förorenade vattnet kan återvinnas. Efter att det skadade betongen är borta kan man gjuta på nytt med färsk betong efter önskemål. 4.6.2 Katodiskt skydd Som tidigare nämnt uppstår korrosion då elektriska strömmar frigörs från anoden som går genom betongen för att sedan vandra vidare till katod ytorna, det vill säga de opåverkade delarna av armeringen. Vid anoden bildas det järnjoner(fe2+) som i sin tur utgör korrosions produkterna. Vid katod ytan har det bildats hydroxidjoner, OH-, där elektroner har bundit sig med vatten och syre. Järnjoner kommer att reagera med hydroxidjoner och en kemisk förening i form av rost kommer att bildas i betongen (Ölandsbron, arbetsberedning, kantbalk-18. Konstruktion och installation av instrumentskåp, likriktarskåp och kopplingslåda. 2009). Katodiskt skydd är ett ekonomiskt samt underhållsfritt alternativ som går ut på att justera elektrodpotentialen så att metallen man vill skydda blir resistent. Vid tillämpning av katodiskt skydd kommer en extra anod tillsättas i elektrolyten(betongen) så att skyddsobjektet(armeringen) ska fungera som en katod. Denna process kommer leda till att armeringen inte kommer rosta. För att skyddsprocessen ska kunna genomföras via ett så kallat katodiskt skydd måste det finnas en elektrisk koppling mellan anoden och katoden. Det måste även finnas en elektrisk kabel mellan dessa så att processen kan genomföras (Ölandsbron, arbetsberedning, kantbalk-18. Konstruktion och installation av instrumentskåp, likriktarskåp och kopplingslåda. 2009). Vid både korrosion och katodiskt skydd, vandrar elektroner från anoden till katoden. Det som skiljer dessa två processer åt är att elektronerna vid katodiskt skydd vandrar från en yttre anod till katoden. Detta resulterar i att katoden inte kommer avge positiva järnjoner från armeringen, eftersom konstant kommer att vara negativt laddad. Samtidigt som detta kommer ett extra skydd skapas då de negativa hydroxidjonerna kommer dras mot den positiva anoden (Objektspecifik tekniskbeskrivning, underhåll av bro, Ölandsbron, Reparation och katodiskt skydd av kantbalk, 2009). Metallkonstruktioner belägna i betong, jord eller vatten behöver oftast skyddas. Katodiskt skydd är ett alternativ, där metoden går ut på att likström passerar kontinuerligt från den ström kopplade elektroden, anoden, genom betongen och slutligen till metallytan, d.v.s till ytan som ska skyddas på stålarmeringen, katoden. Det finns två sätt som den utmatade strömmen kan alstras på och därför finns det två olika typer av katodiskt skydd. Det ena sättet är med påtryckt ström och det andra sättet är med offeranoder. Användningsområden för katodiskt skydd i betong brukar oftast vara i parkeringsgarage (Objektspecifik tekniskbeskrivning, underhåll av bro, Ölandsbron, Reparation och katodiskt skydd av kantbalk, 2009). 21
Det som bland annat är väldigt bra med denna lösning är att den kan användas på både ny installerade konstruktioner och på befintliga samt äldre konstruktioner som har utsatts för korrosion. Metoden tillämpas framförallt i områden där korrosion har uppstått och används även i områden där korrosionsskador inte kan tillåtas. Katodiskt skydd har sedan en tid tillämpats på korroderande stål ingjutet i betong (Objektspecifik tekniskbeskrivning, underhåll av bro, Ölandsbron, Reparation och katodiskt skydd av kantbalk, 2009). Den elektriskt negativa yta som uppstår på grund av att likströmmen passerar dit, bildar elektrokemiska reaktioner När den svaga likströmmen passerar till metallytan, undertrycks elektrokemiska reaktionerna som orsakade korrosionen och på så sätt upphör korrosionen (Objektspecifik tekniskbeskrivning, underhåll av bro, Ölandsbron, Reparation och katodiskt skydd av kantbalk, 2009). Tittar man på Ölandsbron, använde man katodiskt skydd för att lösa problematiken med korrosion. Användningen av det katodiska skyddet resulterade i att kostnaderna blev hälften så dyra som de var tänkta att bli. Här kan man se installation av katodiskt skydd med rutnät på ölandsbron, se Figur 8. Figur 8. Kantbalk på Ölandsbron (Nyberg J, 2018). 4.6.2.1 Med offeranod, galvaniskt Katodiskt skydd med offeranod innebär att strömmen genereras på galvanisk väg där den oädlare metallen fungerar som offeranod. Anoden är oädlare(det vill säga, har lättare för att oxidera) än katoden(som är skyddsföremålets metall) och samtidigt råder det en galvanisk spänning som upprätthåller strömmen mellan anoden och metallen. På så sätt behövs således ingen yttre strömkälla (Objektspecifik tekniskbeskrivning, underhåll av bro, Ölandsbron, Reparation och katodiskt skydd av kantbalk, 2009). Offeranoder används främst i vatten och materialet som används är oftast zink. Anledningen till att man använder zink är för att man i förväg kan räkna på hur mycket zink som kommer behövas på grund av dess förbrukning de kommande 25 åren. I havsvatten nyttjar man aluminium som skyddsmaterial för stål och gjutjärn, men däremot använder man zink i sötvatten. Drivkraften för 22
skyddsströmmen, det vill säga den galvaniska spänningen mellan anoden och katoden är relativt liten. Det som påverkar spänningen i det galvaniska elementet är de rådande omständigheterna (Objektspecifik tekniskbeskrivning, underhåll av bro, Ölandsbron, Reparation och katodiskt skydd av kantbalk, 2009). Katodiskt skydd med offeranod är ett billigare alternativ då det inte behöver tillföras någon elektrisk ström till kretsen. Om man kan räkna på hur mycket material som går åt för just offeranoden de kommande åren som man vill att skyddet ska gälla, blir det därför inga problem att använda den. Det man däremot inte kan göra är att reglera och kontrollera spänningen i kretsen mellan armeringen och offeranoden, men som sagt, har man den i vatten behöver man inte göra dessa kontroller då man i förväg redan har räknat på det hela (Nyberg, J, 2019). I betongen däremot, gynnar det inte att ha katodiskt skydd med offeranod av en rad olika anledningar. Några utav dessa anledningar är att man inte säkert kommer kunna räkna på hur mycket material som går åt för offeranoden. Man kommer inte kunna reglera och kontrollera spänningen mellan armeringen och offeranoden för att kunna se till att skyddet fungerar som det ska. Det råder även väldigt låg spänning i skyddskretsen och man kommer inte kunna justera denna (Nyberg, J, 2019). Det stora hindret med offeranoder är den låga drivspänningen och i praktiken är det jordens ochvattnets ledningsförmåga som påverkar samt begränsar användningen. Med tiden kommer offeranoderna att förbrukas på grund av strömavgivningen och egenkorrosion, men vid dimensionering i jord uppskattar livslängden hos offeranoderna ligga på 10-20 år (Department of ocean engineering, corrosion and corrosion control of steel in concrete under marine enviroment). 4.6.2.2 Elektrolytiskt skydd -Påtryckt ström För att utföra ett katodiskt skydd med påtryckt ström, ska det finnas tillgång till en yttre strömkälla som i sin tur är ansluten till exempelvis en transformator så att strömmen på så vis kan alstras. Man kan även använda andra typer av strömkällor så som solceller. För att strömmen ska kunna förses från den strömmatade anoden och sedan genom betong till metallyta/vatten/jord, krävs det att anoden är ansluten till likriktarens plus och minuspol. När systemet är ihopkopplat, tror katoden att den är kopplad till en oädlare metall(department of ocean engineering, corrosion and corrosion control of steel in concrete under marine enviroment). För betongkonstruktioner gynnar det bäst att använda katodiskt skydd med påtryckt ström eftersom möjligheten med att kunna reglera den avgående likspänningen underlättar denna typ av skydd eftersom att den inte är begränsad av betongens/jordens/vattnets ledningsförmåga. Man kan kontrollera skyddet genom att framförallt se till så att skyddet konstant är igång. Hur kan man veta att skyddet är igång? Vilka kriterier uppfyller detta? Jo det finns ett antal men ett av dessa är att skillnaden i spänningen under exempelvis 24 timmar ska vara minst 100mV (Nyberg, J, 2019). De strömförsedda anoderna brukar oftast vara av materialen magnetitjärn, titan eller kiseljärn belagda av någon typ av ädelmetall. Dessa typer av material har svårt att förbrukas just på grund av den ädla metallens struktur, som gör det svårt för materialet att oxideras. De oxidbelagda eller platinerade titananoder är oftast utformade som trådar, tunna stavar eller nät medan järnanoderna oftast har formen av en stav (Objektspecifik tekniskbeskrivning, underhåll av bro, Ölandsbron, Reparation och katodiskt skydd av kantbalk, 2009). Anoden kan gjutas in i betongkonstruktioner på olika sätt. Ett av sätten är att gjuta in ett rutnät gjort av titan i betongkonstruktionen, ett annat sätt är med insticksanoder, där man borrar in långa instickanoder i betongen. När man gjuter in rutnäten i betongen måste man se till att armeringen inte ligger tätt emot rutnätet eftersom det kan leda till kortslutning. För att motverka kortslutning, placerar 23
man plastnät precis ovanpå det gjutande betongskiktet som i sin tur ligger ovanför armeringen (Nyberg, J, 2019). På denna typritning kan man se anodmontage, där insticksanoder monteras före putsning av pelare i garage, se Figur 9. Figur 9. Typritning på anodmontage före putsning av pelare, (Nyberg J, 2018). Nedan ser man insticksanoder monterade i parkeringsgarage, se Figur 10. Figur 10. Installation av insticksanoder i praktiken, (Nyberg J, 2018). Elektroner kommer vandra från anoden till katoden vilket i nästa steg kommer leda till att katoden blir negativt laddad. Denna process innebär att elektronvandringen inte sker på naturlig väg. Den yttre strömkällan till det katodiska skyddet utgörs mestadels av el från distributionsnät men kan även bestå av diverse strömkällor så som solceller, batterier eller vindkraftverk. Det som kan vara viktigt att veta vid användning av distributionsnätet är att det krävs en likriktare eftersom det katodiska skyddet kräver likström (Nyberg, J, 2019). 24