Alkalikiselreaktioner i beton. Erik Pram Nielsen

Transkript

1 Alkalikiselreaktioner i beton Erik Pram Nielsen

2 Indhold 2 Intro lidt kemi Principskitse Hvad påvirker potentiale og omfang for ekspansion? Tilslag Eksempel: Springere på overflade af vådstøbt betonflise Anbefalinger NOTE: indlægget gælder både tør og bløbeton

3 Alkalikiselreaktioner 3 bro fra 1976

4 Alkalikiselreaktioner 4 Hvorfor bruge tid på det? Det er stadig et problem (dog på et andet niveau)

5 Alkalikiselreaktioner lidt kemi 5 Tilslag SiO 2 reaktivt Alkali Bindersammensætning alkaliindhold og puzzolaner Alkalikiselreaktioner Høj ph Vand

6 Alkalikiselreaktioner lidt kemi 6 ph værdien i ukarbonatiseret Portlandcementpasta er mindst ~ 12,4 pga. Ca(OH) 2 Cementens Na 2 O ækv. bidrager til en yderligere stigning i ph Cementens Na 2 O ækv ph Koncentration af OH - Ingen alkalier 12,4 ~ 25 mmol/l (EA) maks. 0,4 % 13,6 ~ 400 mmol/l (LA) maks. 0,6 % 13,7 ~ 550 mmol/l (MA) maks. 0,8 % 13,9 ~ 800 mmol/l +38% +100% Drivkraften for AKR

7 Alkalikiselreaktioner lidt kemi 7 Høj ph (dvs. høj OH - ) i cementpastaens porevæske omdanner og delvist opløser den reaktive SiO 2 Ved tilstedeværelse af Na + og K +, bindes disse i silikatfasen der dannes en amorf gel der kan absorbere vand. Når silikatfasen møder Ca 2+, omdannes silikatfasen gradvist til C-S-H Reaktionerne er velkendte fra cementkemien, men problemet er at disse foregår i en låst omkringliggende struktur

8 Alkalikiselreaktioner lidt kemi 8 Hvad der sker (kemisk), afhænger af porevæskens sammensætning SiO 2.2H 2 O Reaktivt SiO 2 + vand + OH - (høj ph) + K +, Na + NaSiO 3.2H 2 O + Ca 2+ + Ca 2+ CaO x.sio2.4h 2 O X = [0,8 : 1,8] NaOH

9 Principskitse ikke-udludet beton 9 Øvrig beton K +, Na + Ca 2+ Reaktivt korn Gelfyldt revne SiO 2 K +, Na + Ca 2+ KRYSTALLINSK Højt Ca 2+ indhold Låst reduceret mobilitet pakker for yderligere transport AMORF Højt SiO 2 og Na + /K + indhold Mobil kan flyde via defekter og porøsitet til revner, luftbobler, mm

10 Potentiale og omfang for ekspansion? 10 Egenskab Effekt Mængde af reaktive korn Størrelse af reaktive korn Alkaliindhold i cement Puzzolaner Fugtindhold Porøsitet Luftindblanding Revner fra produktionen Øget mængde øget risiko Meget små og meget store har begrænset effekt. Der findes et pessimum på ca. 2-6 mm Mere alkali øget risiko Øget indhold af puzzolaner nedsat risiko (nedsætter ph både ved puzzolan-reaktion og reduktion af relativ indhold af cement i pastaen) RF> 85% RF er tilstrækkelig for at drive AKR. Særlig opmærksomhed omkring tidlig vandpåvirkning af betoner med lav hærdningsgrad. Lav vand/cement-tal medfører lavere risiko, da fugtoptag er meget langsommere og styrken øges. Generelt, lavere diffusion af Ca 2+, Na + og K + Frostbestandighed mindsker risikoen for skader der kan øge fugttilførslen ved frost/tø påvirkning, og AKR-gel kan i nogle tilfælde udfældes i luftbobler. Disse fremmer transporten af fugt, og derved øger risikoen for skader

11 Alkalikiselreaktioner - tilslag 11 Tilslag Generelt godt styr på alkalikiselreaktivitet de seneste 30 år. Men f.eks. har visse granittypers indhold af mikrokrystallinsk kvarts vist sig at være reaktiv på den lange bane. Danmarks geologi en noget rodet affære pga. istiderne. Mange danske grus forekomster indeholder en del reaktivt materiale, og tilslag i materialeklasse A og E kan kun fremstilles ved sigtning og andre sorteringsmetoder.

12 Alkalikiselreaktioner - tilslag 12 Kontrol for kiselreaktivt tilslag Kravene er veldefinerede Fint tilsag Groft tilslag Kemisk svind - Basisbetonbeskrivelsen Generalnote AAB 2014 og DS/EN Miljøklasse A E A E 0,3 ml/kg 0,2 ml/kg Indhold af reaktive korn 2,0 % 2,0 vol-% 1,0 vol-% Mørtelprismeekspansion 0,1% (8 uger) 0,1 % (8 uger) 0,1 % (20 uger) Acc. mørtelprismeekspansion - 0,1% 0,1% Kritisk absorption 1,1 % Fandtes ikke dengang (14 dage) 1,1 % (14 dage) 1,1 % Reaktionsfähiger flint - 3 % 3 % Acc. mørtelprismeekspansion - 0,1 % (14 dage) 0,1 % (14 dage) Lette korn under 2400 kg/m 3 1,0 % 1,0 % Ingen Lette korn under 2500 kg/m 3 Ingen Ingen 1,0% Indhold af korn over 4 mm må maks. overskride 5%. Denne frasigtes i forbindelse med test??? Skærpede krav ved indførelse af ny miljøklasse (E) siden BBB, men op til 5% af sandfraktionen slipper for analyse?

13 Alkalikiselreaktioner Eksempel 13 Springere på overflade af vådstøbt flise æstetisk problem Lavt vand/cementtal (<0,40) Ingen puzzolaner Ingen luftindblanding Kl. E sand og sten Sand-rig recept med relativ høj dosering af Superplast Høj bearbejdelighed, men skulle vibreres for at fylde formen ud Afformet dagen efter, og opbevaret indendørs i yderligere 1-2 døgn forud for indpakning i plastik og opbevaring på paller Få dage efter

14 Alkalikiselreaktioner Eksempel 14 SEM-spektrum Si stiger Ca falder

15 Alkalikiselreaktioner Eksempel µm Porøs flint Forvitret granit

16 Alkalikiselreaktioner Eksempel 16 Springere på overflade af vådstøbt flise æstetisk problem luftindblanding 1 mm Justering af sand/stenfordeling, samt SP, til bedre SCC egenskaber med øget viskositet ikke behov for kraftig komprimering

17 Alkalikiselreaktioner Nogle anbefalinger 17 Reducere drivkraften: Tilpas tilslagets kvalitet med krav til produktet Lavt vand/cement-tal Lav-alkali cement lavere ph Brug puzzolaner, hvis muligt God ensartet kvalitet af beton også under udstøbning pas på med overglitning, overvibrering og lignende. Gør plads til gelen Bagbeton i tørbetoner kan med fordel laves mere stenrige skabes større mængde af åben porøsitet (ses oftere på fliser end belægningssten) Luk overfladen ved skrabning eller pudslag Pudsblanding skal ikke indeholde reaktive korn Hærdning af beton Undgå vandansamling på overfladen tillad en vis grad af udtørring! (brug evt. forseglingsmiddel fremfor plastik)