Prognostisering av risker för alkalisilikareaktion (ASR) i vattenkraftskonstruktioner. i li ki Mariusz Kalinowski Materialgruppen, CBI Betonginstitutet
Alkalisilikareaktion Starkt basisk miljö ph > 10 (ph > 12,5 i cementpastans porvätska) Fukt (RF > 75 %) Alkalier (Portlandcementets kemiska sammansättning) Alkalireaktiv ballast kristallin eller amorf SiO 2 Löslighet hos kvarts beror på många faktorer: ph, temperatur, kornstorlek och korngränsgeometri, deformation, förekomst av tvillingbildning och föroreningar i kristallstrukturen. AmorfSiO 2 är mest reaktiv. Även övrig mineralsammansättning i ballasten kan påverka reaktionen (t ex fältspat, lermineral)
Alkalisilikareaktion Svällningsförloppets styrparametrar är bara delvis kända, något som försvårar möjligheterna att göra livslängdsbedömningar men även att utveckla provningsmetoder som kan tydligt översättas till verkliga förhållanden för en konstruktion. to
Alkalisilikareaktion bildning av alkalisilikagel svällning bildning av sprickor i betongen Försämrad beständighet fukt, klorider, frost Försämrad hållfasthet vittring av betongen Volyminstabilitet expansion av konstruktionsdelar
Potentiellt alkalireaktiv ballast i fjälltrakten Långsamtreaktivabergarter: vissa gnejser, lågmetamorfa sedimentära bergarter, finkorniga skiffrar, mylonit mm Antas allmänt inte vara reaktiva i cement med Na 2 O ekv. < 0,6 vikt %, < 3.0 kg alkalier/m 3 betong Halter < 15 % lågreaktiv ballast, liten risk för skador på betong (gäller inte alltid!) Snabbt reaktivabergarter: opalförande sandsten och gråvacka Några procent opal kan ge expanderande reaktion redan vid en alkalihalt under 0,4 % Na 2 O ekv. (Stark, 1980).
Prognostisering Finns alkalireaktiv ballast i betongen? Kan reaktionen inträffa i den aktuella miljön? Vad blir reaktionens hastighet och omfattning? Skador på konstruktionen?
Metoder Okulärbesiktning av konstruktionen i fält Mätning av sprickbredder på konstruktionens yta med mätlupp Mätningavkonstruktionens expansion in situ med extensometer Provtagning Kvantitativ petrografisk analys av ballast bll ti planslip li och tunnslip Betongpetrografisk analys i planslip och tunnslip Mikrostrukturanalys i SEM (kemisk analys, alkalihalt, reaktionsprodukter) Expansionsmätning av betongprismor i laboratoriet (t ex Rilem AAR 3)
Klippen Ajaure Gardikfors + Håckrens regleringsdamm: Storån/Indalsälven, Åre kommun.
Ajaure
Gardikfors
Klippen (Överumans regleringsdamm)
Håckren
Damm Byggår Cementsort Gardikfors 1963 Limhamn LH Cement Ajaure 1970 LimhamnLH LH Cement Klippen 1994 Anläggningscement Håckren 2008 (nytt utskov) Anläggningscement Na 2O ekv. (% ekvivalent Na 2O = % Na 2 O + 0,658 x % K 2 O) < 0,6 vikt % Ajaure Gardikfors lågalkaliska lk li k cement Limhamn LH: Na 2 O ekv. = 04vikt 0,4 % Degerhamn Anl Std P CEM I: Na 2 O ekv. = 0,5 vikt %
Analys av cementpastans kemiska sammansättning med EDS/SEM Prov från Ajaure Garviken Håckren Klippen Oxid (vikt %) (vikt %) (vikt %) (vikt %) Na 2 O 0,2 0,3 0,1 0,2 K 2 O 01 0,1 03 0,3 02 0,2 03 0,3 Na 2 O ekvivalent 0,3 0,5 0,2 0,4
Ajaure
Gardikfors
Klippen
Petrografisk analys av ballast SP metod 1441 SS EN 932 3 Rilem AAR 1
Petrografisk undersökning i planslip och tunnslip Prov från Ballastens huvudbeståndsdelar Potentiellt alkalireaktiva bergarter Ajaure Amfibolit Mylonitiska yo ts krosszoner o i amfiboliten Gardikfors Amfibolit Mylonitiska krosszoner i amfiboliten Klippen Amfibolit Mylonitiska krosszoner i amfiboliten Håckren Metasedimentära bergarter, skiffer, kvartsit, metabasit Finkorniga och lågmetamorfa sedimentära bergarter
Ajaure Tunnslip, genomfallande polariserat ljus. Området i bilden är 1,7 mm brett.
Håckren Tunnslip, genomfallande polariserat ljus. Området i bilden är 1,7 mm brett.
Håckren Tunnslip, genomfallande polariserat ljus. Området i bilden är 1,7 mm brett.
Planslip Ajaure Klippen Håckren
Ajaure Djup i betongen: 40 mm. Tunnslip, UV ljus. Området i bilden är 6,7 mm brett.
Klippen Djup i betongen: 5 mm. Tunnslip, UV ljus. Området i bilden är 6,7 mm brett.
Håckren Djup i betongen: 40 mm. Tunnslip, UV ljus. Området i bilden är 6,7 mm brett.
Betongpetrografisk analys i planslip och tunnslip Mikrosprickfrekvensen i betongens bindemedel och ballast är låg Sprickmönster på betongens yta är orsakad av ytliga sprickor (djup max 30 mm) Inga tecken på ASR
Bedömning av stenmaterialets alkalireaktivitet Rilem AAR 2 (ASTM C 1260): 4 veckor, 1 M NaOH lösning, 80 o C CBI metod nr 1, Alkalisilikareaktivitet i betong (1992): minst 20 veckor, Slite Bygg, mättad NaCl lösning, 50 o C Rilem AAR 3: 52 veckor,1,25 % Na 2 O ekv., 38 o C Högalkalisk miljö, ekvivalent Na 2 O halt > 0,6 %
Expansionsmätningar på borrkärnor Ajaure Gardikfors Håckren Klippen
Slutsatser från undersökningen Vi har inte funnit några tecken på att ASR har skett i betongen hittills. Vi bedömer risken för ASR i undersökta konstruktionsdelar i Ajaure, Gardikfors, Håckren ochklippen sommycketmycket låg,ävenpå150årssikt. års sikt.
CBI:s pågående arbete Utveckla och tillämpa effektiva undersökningsmetoder. Upprätta databas över svenska alkalireaktiva ballastmaterial.
TACK! Klippen