Anläggningsteknik ETT NYHETSBREV FRÅN NUMMER 2 DECEMBER 2011 Vattenkraftföretagen, Vattenfall Vattenkraft, Fortum Generation, E.ON Vattenkraft Sverige, Skellefteå Kraft, Statkraft Sverige, Jämtkraft, Sollefteåforsens, Karlstads Energi, Jönköping Energi, har via Elforsk finansierat forskning och utveckling inom det betongtekniska området sedan början av 90-talet. 2009 avslutades den första treårsperioden av det betongtekniska programmet för kärnkraft. Detta finansieras av Vattenfall AB, Forsmarks Kraftgrupp, Ringhals, OKG, Strålsäkerhetsmyndigheten (SSM), samt av Teollisuuden Voima Oy (TVO) i Finland. De betongtekniska programmen för både kärnkraft och vattenkraft löper etappvis i treårsperioder. Programmen har visat på resultat som är efterfrågade av intressenterna vilket gjort att nya treårssatsningar, 2010-2012, påbörjats. Vattenfall Research and Development (VRD) fortsätter att administrativt stödja programmens genomförande i tätt samråd med respektive styrgrupp där finansiärerna är representerade. Verksamheten syftar till att utveckla förvaltningen av vatten- och kärnkraftens betongkonstruktioner. Målet är att ta fram verktyg, riktlinjer, utförandebeskrivningar och teknik som fyller industrins behov av att kunna göra åtgärder vid rätt tid, till lägsta möjliga kostnad och till rätt kvalitet. En nyhet för Betongtekniskt program vattenkraft under perioden 2010-2012 är en utökning av programmet inriktat mot aggregatnära betongkonstruktioner som utsätts för alltmer dynamisk belastning vid förändrade driftsätt och ökat reglerkraftbehov. Vår ambition är att nyhetsbrevet ska ge ett axplock av aktuella betongprojekt av relevans för intressenterna kring Elforsks betongprogram och förmedla kontaktvägar för sådant som eventuellt är av fördjupat intresse för dig som läsare. Cristian Andersson, Elforsk (programområdesansvarig Vattenkraft) Lars Wrangensten, Elforsk (programområdesansvarig El- och värmeproduktion samt Kärnkraft Varför kan offeranoder förbrukas snabbt vid sammankoppling med stål i betong i närheten av pumpar av rostfritt stål? Elforsk projektet Galvanisk korrosion på armering i nära anslutning till huvudkylvattenpumpar har utförts av SwereaKIMAB. Projektet är i slutfasen och en rapport kommer snart att finnas tillgänglig på Elforsk s hemsida. Ingjuten provstav efter 74 dygns kraftig galvanisk påverkan (mer än i praktiken) flera av de svenska kärnkraftverken I har offeranoder installerats i kylvattenvägarna, för skydd av armeringen. I Ringhals har man konstaterat att anoderna monterade närmast huvudkylvattenpumparna förbrukas mycket snabbare än i övriga delar av systemet. Detta beror troligen på att pumparna tar upp en stor del av den skyddsström som var tänkt för armeringen. Innan offeranoderna installerades kan mycket väl en galvanisk inverkan ha förekommit på armeringen (armeringen offrar sig för ädla ytor i pumparna). Inspektioner har också påvisat armeringskorrosion i dessa delar av kulvertsystemet, i vissa fall flera 10-tals meter från pumparna. Trots stor utmatning av skyddsström från anoderna (hög förbrukning) är det inte självklart att den galvaniska korrosionen på armeringen helt har upphört. Syftet med projektet har varit att utreda om armeringen påverkas galvaniskt av pumparna och till vilken grad detta i så fall har ökat armeringskorrosionen samt om nuvarande anoder ger tillräckligt skydd åt armeringen. Genom att mäta armeringens potential under drift i olika punkter erhålls ett värde på den potentialförändring som närheten till pumparna ger upphov till. Potentialmätningar med vattentäta och batteridrivna loggrar har utförts i detta projekt. 6 st har varit monterade i vattenvägen på Ringhals 4 under en driftsäsong. I laboratorieförsök har fastställts vilken effekt uppmätta potentialer har på armeringens korrosionsstatus. Av resultaten görs bedömningen att armeringen inte har tagit skada av att vara i elektrisk kontakt med pumparna. Av försiktighetsskäl rekommenderas dock provtagning i pumparnas direkta närhet. Orsaken till den höga anodförbrukningen är den högre drivande spänningen mellan anodens potential och den blandpotential som uppstår mellan rostfria ytor på pumpen och närliggande armering. Bertil Sandberg, Johan Ahlström Swerea KIMAB bertil.sandberg@swerea.se johan.ahlstrom@swerea.se 1
VATTENKRAFTKONFERENS I KINA Bild 1. Vänster maskinhus till Three Gorges Dam. Maskinhuset är 657 meter långt och rymmer 14 aggregat om 700 MW. Lägg märke till människorna nere till vänster i bilden. K ina befinner sig sedan ett par decennier i ett intensivt skede vad gäller utbyggnad av produktionskapacitet inom vattenkraften. Tillsammans med denna utbyggnad följer även förmågan att kunna reglera vattenföringen i vattendragen. Stora delar av Kina präglas nämligen av en intensiv nederbördsperiod under sommarhalvåret och ett desto nederbördsfattigare vinterhalvår. Denna årliga fördelning av nederbörden resulterar i höga vattenflöden under sommarhalvåret och lägre vattenflöden under den resterande delen av året. De höga vattenflödena har gång på gång orsakat stora materiella skador och i alltför många fall också orsakat dödsfall i samband med de återkommande översvämningarna. Att kunna reglera vattendragen medför då två stora fördelar dels att minska de mycket höga vattenflödena som tidvis uppstår och dels att alstra elektricitet. Vid nybyggnation av dammar är därför frågor som säkerhet och beständighet minst lika viktiga som uppförandet av själva dammen och drifttagningen av kraftverket. Av bland annat nämnda skäl anordnades en konferens med titeln International Symposium on Modern Technologies and Long-term Behavior on Dams i Zhengzhou, Kina, 27-29 september 2011. Viktiga frågor för konferensen var rehabilitering, övervakning och instrumentering av dammar, samt nedbrytningsprocesser för betong- och jorddammar. Syftet med konferensen var att utbyta erfarenheter kring byggnation och förvaltning av dammar. Fyra Bild 2. Shuibuya Dam. Nedströmsvy över stenfyllningsdammen. Transformatorhuset syns till vänster och delar av utskovspartiet till höger. 2 svenska bidrag presenterades under dagarna och de avhandlade modellering av sprickbildning i Storfinnforsens lamelldamm, frostskador på betong i vattenlinjen vid Porsi kraftverk, läckage under Spjutmos jorddamm, samt projektering av nytt utskov till Höljesdammen.
Efter konferensen anordnades en studieresa till Yangtzefloden med dess biflöden. Yangtzefloden är Kinas längsta och vattenrikaste flod, där avrinningsområdet är fyra gånger större än Sveriges area. Vid staden Yichang uppfördes mellan åren 1994 och 2008 Three Gorges Dam, vilken numera är världens största vattenkraftverk med en installerad effekt på 22 500 MW. För att förstå denna siffra bör den sättas i relation till den installerade effekten inom svensk vattenkraft, det vill säga 16 200 MW. Regleringsdammen har uppförts som en massivdamm av betong. Krönlängden mäter hela 2 335 meter och den största dammhöjden över berg är 181 meter, varav 113 meter utgör fallhöjden för kraftverket. Under byggtiden åtgick det 27,2 miljoner m3 betong och 463 000 ton armering. Vid varje landfäste av dammen ligger ett maskinhus. Maskinhuset på höger sida rymmer 12 aggregat om 700 MW styck och maskinhuset på den vänster sida rymmer 14 likadana aggregat, se Bild 1. Avbördningskapaciteten för utskovspartiet, som ligger i mitten av dammen är 116 000 m3/s. En tredje maskinstation om 6 aggregat finns dessutom nedsprängd i berget söder om dammen. Sedan driftstart har den genomsnittliga kraftproduktionen varit cirka 80 TWh per år. Nästa kraftverk som besöktes var Shuibuya Dam, vilken ligger utmed Qingjiang River, se Bild 2. Kraftverket har en installerad effekt på 1 840 MW och uppfördes mellan 2002 och 2008. Regleringsdammen består av en stenfyllningsdamm med ett tätande betongdäck på uppströmssidan. Dammen mäter 233 meter i höjdled, vilket gör den till världens högsta damm av nämnda typ i skrivande stund. Krönlängden är 660 meter. Utskovspartiet ligger utsprängt i ett bergparti intill dammen och tillrinning av vatten sker via en utsprängd kanal i berget. Det tredje och sista kraftverket som besöktes under studieresan var Geheyan Dam, vilken också är belägen utmed Qingjiang River. Detta kraftverk uppfördes mellan 1987 och 1994 och har en installerad effekt på 1 240 MW. Den 653 meter långa regleringsdammen är en kombinerad gravitations- och valvdamm med en största höjd på 157 meter, se Bild 3. I mitten av dammen återfinns Bild 3. Geheyan Dam. Den 157 meter höga kombinerade gravitations- och valvdammen. utskovspartiet med flod- respektive bottenutskov. Martin Rosenqvist martin.rosenqvist@vattenfall.com BETONGPONTONERNA FÖR FÄLTSTATIONEN ÄR PÅ PLATS I ÄLVKARLEBY I föregående nyhetsbrev (Nr.1 Juni 2011) rapporterades den pågående projekteringen av en Fältstation för Exponering av Betongprovkroppar i Älvmiljö. Nu är betongpontonerna på plats! Under november månad sjösattes och installerades betongpontonerna till fältstationen i Dalälven utanför Vattenfall s laboratorium i Älvkarleby. Tidigare under året byggdes landfundamenten. Fältstationens stomme består av 2st 3X10m betongpontoner som är sammankopplade. Pontonerna är förankrande i ett stort huvudfundament samt 6 st mindre sidofundament. Pontonerna är sammankopplade med fundamenten via grova kättingar, var av de grövsta har en godstjocklek på 22mm. Mikael Persson och Bojan Stojanovic inspekterar nybygget. 3 Syftet med stationen är att studera åldring av betong och dess reparationer i fält. Under våren 2012 fortsätter arbetet med fältstationen. Planerat är att utforma, bygga och installera: säkerhetsutrustning för arbetande personal, fästen för betongprovkroppar, samt mätsystem för loggning av klimat och provkroppsparametrar. Bojan Stojanovic bojan.stojanovic@vattenfall.com
NÄR ROSTAR STÅL I BETONG? Nytt industridoktorandprojekt på LTH och SwereaKIMAB rörande kloridinitierad arrmeringskorrosion. Doktoranden heter Johan Ahlström och arbetar som forskare på SwereaKIMAB BAKGRUND Under cirka 40 års tid har försök gjorts att fastställa kloridtröskelvärden för armeringskorrosion. Teorin bygger på att man efter en initieringstid, under vilken klorider transporteras genom betongen till armeringen, uppnår ett tröskelvärde för kloridkoncentrationen vid stålytan. Därefter startar ett propageringsskede. Spridningen i rapporterade tröskelvärden har dock varit stor. Orsaken till detta är sannolikt att propageringshastigheten kan variera från noll till mycket hög beroende på de yttre miljöfaktorerna. Med låg propageringshastighet kan man då ha passerat det egentliga kloridtröskelvärdet med stor marginal, utan någon mätbar korrosion. På vilket sätt det ingjutna stålet exponeras för olika miljöklimat är avgörande för vilka tröskelvärden som erhålls. Sannolikt finns ett kritiskt kloridtröskelvärde för varje betongkvalitet. Vid kloridhalter överstigande tröskelvärdet förlorar stålet sin passivitet. Huruvida allvarlig korrosion sker eller inte vid kloridhalter överstigande tröskelvärdet avgörs i hög grad av den relativa fuktigheten (RF). Förutom kloridhalt och RF har närvaron av defekter/hålrum en stor inverkan. Allmänt accepterad beskrivning av förloppet vid kloridinitierad armeringskorrosion, synd att det inte finns skal på tidsaxeln bara GENOMFÖRANDE Doktorandarbetet är uppdelat i delstudier som innefattar både experimentella försök samt modellering av korrosionsmekanismer för stål i betong: Exempel på armering i betong utsatt för kloridinitierad armeringskorrosion Undersöka hur fuktförhållandet i betong påverkar kloridtröskelvärden. Modellering av korrosion för stål i betong vid några enskilda fall. Undersöka om korrosionsrisken kan öka i området kring en utförd reparation. Metodik för tillståndbedömning. Livslängdsbedömning. ANVÄNDNING AV RESULTAT Syftet med projektet är att i detalj kartlägga vilka faktorer som samverkar vid kloridinitierad armeringskorrosion och fastställa för dessa relevanta tröskelvärden. Ökad förståelse och tydligare gränsvärden för kloridinitierad armeringskorrosion möjliggör mer tillförlitliga tillståndsbedömningar. Framkomna resultat bedöms också kunna möjliggöra framtida livslängdsbedömningar. 4 PROJEKTINFORMATION Doktorandprojektet kommer att bedrivas genom ett samarbete mellan Swerea KIMAB och Lunds tekniska högskola (LTH). Projektet är samfinansierat av Elforsk Kärnkraft betongprogram, Svenska Byggbranschens Utvecklingsfond (SBUF) och Swerea KIMAB. Projektets akademiska huvudhandledare är Prof. Lars Wadsö (LTH). Biträdande handledare är Adj.Prof. Manouchehr Hassanzadeh (LTH/VRD) och Dr. Johan Tidblad (Swerea KIMAB) KONTAKT Projektets nuvarande status är att det befinner sig i startskedet. Intresserade kan nå projektutföraren på Johan Ahlström. Swerea KIMAB johan.ahlstrom@swerea.se
VÄGLEDNING FÖR CEMENTINJEKTERING AV BETONG- KONSTRUKTIONER I Sverige har användandet av cementinjektering historiskt sett sammankopplats med förstärkning och/eller tätning av berg. Genom utbyggnaden av vattenkraften under 1900-talet, då utförandet av tätskärmar under dammkropparna var ett vanligt förekommande arbetsmoment, blev mycket kunskap vunnen kring cementinjektering av berg. Men redan så tidigt som under 1910-talet användes faktiskt teknik för cementinjektering i syftet att reparera bristfälligheter i nyligen uppförda betongkonstruktioner. Omfattningen av cementinjektering av berg har dock konsekvent varit avsevärt större än injektering av betong, varför större delen av utförd forskning koncentreras mot injektering av berg. Detta har medfört att de handböcker och anvisningar som författas, nästan uteslutande har fokuserat på cementinjektering av berg. Med tiden har åldrande betongkonstruktioner inom kraftindustrin, samt inom det övriga samhället, medfört ett ökat behov av att kunna utföra kvalitetshöjande reparationsåtgärder. Cementinjektering bedöms ofta vara en lämplig metod, ifall en betongkonstruktion har drabbats av exempelvis urlakning, men även vid skador som har orsakat sprickbildningar i betongen. Genomförandet av reparationsarbeten åtföljs därmed alltid av förhoppningen att god beständighet ska uppnås i betongkonstruktionen. God beständighet kan dock endast och oftast uppnås efter ett väl genomtänkt och utfört injekteringsarbete. Till följd av ökat intresset för cementinjektering av betong har behovet av vägledning för projektering, utförande och kontroll av cementinjektering blivit märkbart större. Under det senaste året har ett arbete, inom Elforsks betongprogram vattenkraft det pågått, med syftet att ta fram en rapport för cementinjektering av betongkonstruktioner. Syftet med rapporten har varit att belysa de arbetsmoment som kan finnas i ett injekteringsarbete inför, under och efter genomfört arbete. Genom att ge vägledning i vilka ställningstaganden som kan uppstå under ett injekteringsprojekt, ökar troligtvis även sannolikheten för att en lyckad och beständig reparation kan utföras. Titeln på denna rapport är Vägledning för cementinjektering av betongkonstruktioner projektering, utförande och kontroll. Vägledningen kommer att finnas tillgänglig i rapportform på Elforsks hemsida inom kort. Martin Rosenqvist martin.rosenqvist@vattenfall.com Bildkälla: Tomas Sandström - SWECO 5
VATTENFALL RESEARCH & DEVELOPMENT AB OCH AB INBJUDER TILL KRAFTINDUSTRINS BETONGDAG 2012 Tid & Plats: 28-29 mars 2012 Vattenfall Research and Development AB, Hörsalen, Älvkarleby KONTAKT: Cristian Andersson Elforsk AB Programområde Vattenkraft 101 53 Stockholm 08-677 25 34, 070 318 25 34 cristian.andersson@elforsk.se Lars Wrangensten Elforsk AB Programområde El- och Värmeproduktion samt Kärnkraft 101 53 Stockholm 08-677 26 77, 070 345 07 14 lars.wrangensten@elforsk.se REDAKTION Bojan Stojanovic, 814 26 Älvkarleby bojan.stojanovic@vattenfall.com 026-836 72, 070-2269458 PRODUKTION: Alf Linderheim alf.linderheim@vattenfall.com 026-83509, 070-341 35 09 Program samt anmälan kommer att läggas på vår hemsida tidigt under våren 2012. Gå in på: www.vattenfall.se / företag / anläggning och materialteknik Forsmarks Kraftgrupp AB Ringhals AB Kontaktperson: Susanne Eriksson, Tel: 026-836 32, Fax: 026-836 30. e-post: susanne.eriksson@vattenfall.com Välkommen! Anläggning- och Materialteknik Holger Ecke / eu Susanne Eriksson 6