BETONGTEKNIK DÅ OCH NU En exposé över 90 års betongutveckling Göran Fagerlund Avd. byggnadsmaterial, Lunds Tekniska Högskola
KONSTRUKTIONSTEKNIK Alltmer sofistikerade beräkningsmetoder Allt större (mer avancerade) konstruktioner Ökad hållfasthet Allt säkrare o beständigare konstruktioner? m.m. PRODUKTIONSTEKNIK Från handstampning till självkompaktering Glidform Vacuumbetong Element - tunga lyft Spännbetong Utvecklade metoder för hållfasthetskontroll Utvecklade metoder för sprickkontroll Utvecklad kylningsteknik (is, vatten, kväve) m.m.
OFFICIELLA BETONGREGLER 1926-1994: STATLIGA BESTÄMMELSER 1994-2004: STATLIGA BESTÄMMELSER (BKR) + HANDBÖCKER (BBK) 2004- : EUROPEISKA STANDARDER + SVENSKA ANPASSNINGS- DOKUMENT (SS-Standarder)
VIKTIGA KRAV Som stegvis ändrats de under senaste 90 åren Betongsammansättning Vattencementtal Lufthalt Frysprovning Täckskikt Armeringskorrosion Bindemedel Portland Slagg Flygaska Annat (kalksten) Kloridhalt
MILJÖKLASSIFICERING FROSTMILJÖER 1926-1965 0 1965-1994 3 1994-2004 4 2004-4 -litet vatten -litet vatten+salt -mkt vatten -mkt vatten+salt KORROSIONSMILJÖER 1926-1979: 0 1979-1994 3 1994-2004 4 2004-11! -Ingen risk -Karbonatisering -Tösalt -Havsvatten I dag: 18 exponeringsklasser
HÖGSTA TILLÅTNA VATTENCEMENTTAL Högsta frostrisk Högsta korrosionsrisk 1926-1979 Inga krav!! Inga krav!! 1979-1988 0.50 0.50 1988-1994 0.45 0.45 1994-2004 0.45 0.40 2004-0.45 0.40
Samma hållfasthet kan skapas med mycket olika vct Svensk fabriksbetong K30
BORÅSMETODEN Tätt lock 3% NaCl-lösning Avskalning kg/m 2 ½ kub 1,0 Inte acceptabel 0,5 Värmeisolering Fuktisolering 0,2 +20 0-20 0 24 tim Acceptabel God Mycket god 0 28 56 Antal fryscykler
PROVNING AV FROSTRESISTENS ENLIGT NUVARANDE REGLER Citat ur SS 13 70 03 (svenskt anpassningsdokument till EN 206 Vid krav på provning av frostresistens skall vid varje månad med produktion minst en provkropp per betongsammansättning tas ut och provas. Under förutsättning av att tre efter varandra följande prover..uppvisar god frostbeständighet gäller att en provkropp tas ut och provas var sjätte månad som produktion ägt rum. Detta är dålig kvalitetssäkring!
ÖRESUND - FROSTBESTÄNDIGET Steg 1. Utprovning av lägsta tillåtna lufthalt i färsk o hård betong Steg 2. Förprovning av fullskaligt prov vid fabrik o på bygge Steg 3. Lufthaltsprov på varje betonglass 1 m 3 kub Frysprovning och Luftporanalys ger lägsta tillåtna färsk och hård lufthalt
LIVSLÄNGDSKLASSER 1926-1994 Alla konstruktioner ansågs ha tillräcklig livslängd om man följde normen 1994-2004 2 klasser -50 år -100 år 2004-3 klasser -20 år -50 år -100 år OBS: Enbart med avseende på armeringskorrosion!!
Exponeringsklass, täckskikt och vct f.o.m. 2004 Miljö vct Täckskikt 50 år 100 år Svår karbonatis. 0.55 20 mm 25 mm Hård tösalt Hav (<0.4% Cl - ) Hav (>0,.4% Cl-) 0,45 35 mm 45 mm 0,40 35 mm 45 mm 0,40 Ur livslängdsberäkning OBS! Samma vct och samma täckskikt för alla cementsorter
TÄCKSKIKT T bas Tolerans T min Basmått används på ritning Minmått krävs för Livslängd Tolerans 10 mm Minsta täckskikt mm 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 T min mest aggressiv karbonatiseringsmiljö. 100 års livslängd Pelare Allt utom platta o vägg 0 1920 1940 1960 1980 2000 2020 År Alla konstruktionstyper
TÄCKSKIKT Min täckskikt mest aggressiv Kloridmiljö i hav (<0.4% Cl - ). 100 års livslängd 60 Alla konstruktionstyper 55 50 Allt utom platta o vägg Minsta täckskikt mm 45 40 35 30 25 20 15 Pelare Hav och tösalt 10 5 0 1920 1940 1960 1980 2000 2020 År
MAX KLORIDHALT Svår korrosionsmiljö Korr. känslig arm. Icke korr. känslig arm 1926-1965 Inga krav 1965-1979 1,5% CaCl 2 (dvs 1% Cl - ) 1979-1988 0,5% CaCl 2 0,5% CaCl 2 1988-1994 0,1% Cl - 0,3% Cl - 1994-0,1% Cl - 0,2% Cl -
CEMENT FOR GROVA ANLÄGGNINGSKONSTRUKTIONER INOM SVENSK VATTENBYGGNAD 1900(?)-ca 1979 Limhamn Std (lågalkaliskt sulfatresistent, moderat värmeutveckl.) Limhamn LH (dito men låg värmeutveckling) 1979-1982 Massivcement (65% slagg) (sulfatresistent, moderat värmeutveckl.) 1982-1983 Finskt Kolari-cement (portlandcem. med starkt varierande egenskaper) 1983- Anläggningscement (som Limhamn Std men något högre alkalitet) Stora Kopparberg (Dalälven) fram till ca 1975 Slaggcement från Köping, med varierande slagghalt (ca 15% - ca35%)
SLAGGCEMENT MED HÖG SLAGGHALT GER STOR RISK FÖR TERMOSPRICKOR Värmeutveckl Portlandcement, LH Slaggcem, 65% slagg Massivcementet Spänning t Drag Draghållfasthet Brott Säkerhet vid LH 0 Tryck Dragspänning Tid
FULLSKALEPROVNING AV ANLÄGGNINGSCEMENT VID RINGHALS, 1983 (samarbete mellan Vattenfall och Cementa) A-cem A-cem A-cem A-cem 6 väggar göts mot berg. Utetemp ca +25 C 2 väggar med Std P 4 väggar med Anläggningscement varav 1 var kyld till +7 C med flytande kväve. Båda väggar med Std P sprack rakt igenom Ingen vägg med Anläggningscement sprack Std P 2m Std P 12m 0,7m Första praktiska tillämpningen var FILTRA-projektet i Barsebäck
1926 1943 1960 1982 1994 Godkända cementsorter i mycket kloridhaltig miljö Portlcem Slaggcem <30% slagg Dito + E-cement Portlcem Slaggcem 25-60% slagg Portlcem. Std M (<35% aska ) B (<80% slagg) 1994 2004 2008 CEM I (Portlandcement) CEM II/A-V (20% aska) CEM II/A-LL (20% kalksten) CEM II/A-S (<20% slagg) CEM II/B-S (<35% slagg) CEM II/B-V (<35% aska) CEM III/A (35-65% slagg) CEM III/B (65-80% slagg) Samma utom slaggcem CEM I CEM II/A-V (20% aska) CEM II/A-LL (20% kalksten) CEM II/A-S (<20% slagg) CEM II/A-D (<10% silika) CEM II/A-M ( kompositcem )
BLANDCEMENT tillåtna f.o.m. 1994 - Flygaskacement - Slaggcement - Kalkfillercement Typ A: <20% inblandning av FA, slagg eller kalkmjöl Typ B: <35% inblandning av dito Typ III: <65% á 80% slagg
PORTLANDCEMENTETS HYDRATATION Ohydratiserat cement Cementgel Kalciumhydroxid 1 kg cement som hydratiserat till 80% ger: 0,57 liter cementgel + 0,24 kg kalciumhydroxid
GELBILDANDE FÖRMÅGA Före reaktion med vatten Efter reaktion med vatten Portlandcement Cementtyp Mängd gel l/kg Reaktivt tillsatsmaterial Lastbärande cementgel PC (80% hydr.grad) 0.57 PC+25% FA (40% hydrgr) 0.53 PC+10% silika (90%) 0.67 PC+20% filler (0%) 0.46 Kalkfiller
GLÖDFÖRLUST (RESTKOL) I FLYGASKA 5 Glödförlust hos flygaskan (%) 4 3 2 1 Medelvärde 0 0 5 10 15 20 Tid (månader)
TILLSATSMATERIAL INBLANDADE I BETONG tillåtet f.o.m. 1988 Typ I: Inerta (får inte inräknas i vbt) - Pigment - Mineralfiller (ex stenmjöl) - Dåligt reaktiv flygaska Typ II: Puzzolana eller latent hydrauliska - Reaktiv flygaska - Silikastoft - Granulerad (mald ) masugnsslagg
EFFEKTIVITETSFAKTOR FÖR REAKTIVA RESTMATERIAL Effektivt vattencementtal vatten vct eff= PC+k R PC= mängden portlandcement R =mängden restmaterial k =effektivitetsfaktorn
EFFEKTIVITETSFAKTOR FÖR RESTMATERIAL Cementindustrin Betongindustrin blandar in i cement blandar in i betong Flygaska 1 0,4 Slagg 1 0,6 Silikastoft 1 2 Kalkmjöl 1 0
KOMPRIMERING AV BETONGMASSA Fram till ca 1935: - Styv betong ( stampbetong ) - Handpackning - Gjutbetong (lös betong) (osofistikerad självkompakterande) Efter ca 1935: - Styv, plastisk, trögflytande betong (plasticerande tillsatser) - Stavvibrering (Fransk uppfinning. Vibroverken startades) Efter ca 1980: - Lättflytande betong, flytbetong (Flyttillsatsmedel uppfanns) - Stavvibrering, formvibrering Efter ca 1990: - Ingen komprimeringsinsats (Nya högeffektiva flyttillsatser) Vibreringsfri (självkompakterande) betong
HISTORISK ÖVERSIKT ÖVER BETONGREGLER Rapport TVBM-3153 Fulltext på byggmaterials Hemsida www.byggnadsmaterial.lth.se