Rette valg af beton til anlægskonstruktioner. Erik Pram Nielsen Teknisk Konsulent, M.Sc., Ph.D.

Transkript

1 Rette valg af beton til anlægskonstruktioner Erik Pram Nielsen Teknisk Konsulent, M.Sc., Ph.D.

2 Historien bag nutidens anlægscementer 2 Dania Import. klinker Alssundcement Storebæltvariant Storebæltvariant LSC med reduc. CO 2 Periode Na 2 Oækv 0,35 0,45 0,25 0,35 0,35 0,35 C 3 S C 2 S C 3 A C 4 AF Blainefinhed Styrker 1 døgn 2 døgn 7 døgn 28 døgn m 2 /kg MPa Cementen var dog ikke et krav for anlægskonstruktioner Varmeudv.: Q e kj/kg timer , , , ,5 0, erne: Udredningsarbejde fra Statens Byggeforskningsinstitut om alkalikisel reaktioner (bl.a. Poul Nerenst og G.M. Idorn) Grænse på max alkali 0,60 er ikke tilstrækkelig den skal være lavere

3 Historien bag nutidens anlægscementer 3 Dania Import. klinker Alssundcement Storebæltvariant Øresundvariant LSC med reduc. CO 2 Periode Na 2 Oækv 0,35 0,45 0,25 0,35 0,35 0,35 C 3 S C 2 S C 3 A C 4 AF Blainefinhed Styrker 1 døgn 2 døgn 7 døgn 28 døgn m 2 /kg MPa Ekstra lavt alkaliindhold og sulfatbestandighed var krav for samtlige VD projekter Varmeudv.: Q e kj/kg timer , , , ,5 0, : Basis Beton Beskrivelsen Sidst i 1970 erne: Øget fokus fra Vejdirektoratet vedr. krav til cementens sammensætning udvikling af ny cement til Alssundbroen i samarbejde med Vejdirektoratet. Fokus på lav varmeudvikling, sulfatbestandighed og ekstra lavt alkaliindhold

4 Historien bag nutidens anlægscementer 4 Basis Beton Beskrivelsen (1986) krav til bl.a.: Almindelige kontrolbestemmelser Betonens delmaterialer Betonens sammensætning Betonarbejdets udførelse Betonens beskyttelse i hærdeperioden

5 Historien bag nutidens anlægscementer 5 Dania Import. klinker Alssundcement Storebæltvariant Øresundvariant LSC med reduc. CO 2 Periode Na 2 Oækv 0,35 0,45 0,25 0,35 0,35 0,35 C 3 S C 2 S C 3 A C 4 AF Blainefinhed m 2 /kg Styrker 1 døgn 2 døgn 7 døgn 28 døgn MPa Varmeudv.: Q e kj/kg timer , , , ,5 0, erne: Øget fokus på C 3 A indholdet, og tro om øget holdbarhed i kloridholdigt miljø C 3 A hæves til nuværende niveau 45.

6 Historien bag nutidens anlægscementer 6 Dania Import. klinker Alssundcement Storebæltvariant Øresundvariant LSC med reduc. CO 2 Periode Na 2 Oækv 0,35 0,45 0,25 0,35 0,35 0,35 C 3 S C 2 S C 3 A C 4 AF Blainefinhed m 2 /kg Styrker 1 døgn 2 døgn 7 døgn 28 døgn MPa Varmeudv.: Q e kj/kg timer , , , ,5 0,85 Forud for Øresundsbroen: Krav i AAB om ekstra lavt alkaliindhold ændres til krav om lavt alkaliindhold, således at den Svenske anlægscement kunne anvendes

7 Fokus på lang holdbarhed 7 Alle erfaringer vedr. infrastrukturbeton i Danmark siden 1980 bygger på LAVALKALI i dens nuværende sammensætning Mindst 120 års levetid

8 Alkalikiselreaktioner 8 VD bro fra 1976

9 Alkalikiselreaktioner 9 Tilslag SiO 2 reaktivt Alkali Bindersammensætning alkaliindhold og puzzolaner Alkalikiselreaktioner Høj ph Vand Er altid til stede i infrastrukturkonstruktioner

10 Alkalikiselreaktioner 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. Har vi samlet set stadigvæk styr på den potentiale alkalikiselreaktivitet i Danske infrastrukturbetoner, der fremover skal have designet levetid på >120 år? Normer og standarder indeholder en betydelig samfundsøkonomisk aspekt i forhold til den store betonmasse i branchen

11 Alkalikiselreaktioner 11 Fra redegørelse ifm. Basisbetonbeskrivelsen Blot ved udskiftning til cement med LA, dvs. Na 2 O eq 0,60 02 Sandsynligheden for ekspansion >0,1 øges fra ca. 23 til 57 Nuværende niveau (seneste 35 års erfaringsgrundlag), ved brug af LAVALKALI (EA, dvs.na 2 O eq 0,40) Siden 2003 (alkalikrav i AAB ændret fra EA til LA) er der allerede en sandsynlig forringelse

12 Alkalikiselreaktioner 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? Derudover: Éns krav for 50 og 120 års levetid?

13 Alkalikiselreaktioner 13 Kontrol for kiselreaktivt tilslag Men hvad med prøvningshyppigheden? Princip 1 (inden levering) Princip 2 (rullende) Basisbetonbeskrivelsen (Generalnote AAB 2014) DS/EN Fint Groft Fint Groft Prøvningsomfang 1/ t 1/ t 1/ t 1/ t Maks. bunkestørrelse Skærpet Normal Lempet m 3 = rullende middelværdi af 3 bestemmelser.000 t t 1 / 500 t 1 / t 1/ uge 1/ uge 60 m 3 <90 75 m 3 <90 1/ t 1/ t 1/ mdr. 1/ mdr. 30 m 3 <60 50 m 3 <75 1/ t 1/ t 1/ 3 mdr. 1/ 3 mdr. 0 m 3 <30 0 m 3 <50 m 3 90 princip 1 m 3 90 princip 1 Fra prøvning per vægtenhed til tidsenhed! Teoretisk set, kan der gå flere måneder før afvigende produktkvalitet overgår til Princip 1 test Et større værk på Sjælland modtager ca tons/md kl. E sand fra én leverandør En typisk bro vil bruge: t sand t sten

14 Sulfatbestandighed 14 Er dette relevant for vores anlægskonstruktioner? JA Tøsalte ~0,7SO 3 Havvand (2800) Havvand (1450) Lidt vanskeligere at regne ud, da der sker en ophobning af disse men der spredes svarende til mg SO 3 per m 2 vej hver vinter!

15 Kloridindtrængning og armeringskorrosion 15 Tærskelværdier for kloridinitieret armeringskorrosion? Et stort spørgsmåltegn?? Ingen enighed på Europæisk plan ikke engang i DK Anvendte værdier bygger på praktisk erfaring men hov praktisk erfaring i DK stammer fra LAVALKALIbetoner!! en er det et problem, at anvende LAVALKALI (bl.a. med C 3 A indhold under 5)?

16 Kloridindtrængning og armeringskorrosion 16 Tærskelværdi for Lavalkali betoner i VD publ. Kloridbetinget korrosion okt Konklusion: Nedre grænse = 0,05 Øvre grænse = 0, 0,05 anvendes f.eks. også i DURACRETE (én af de udbredte modeller i Europa) En ret så væsentlig bemærkning til dette er: LAVALKALI cementen i disse broer havde et C 3 A indhold på 1!! (nuværende niveau ca. 4,5) Grænse på 0,05 kan antages at være rimelig konservativ for nuværende betoner

17 Kloridindtrængning og armeringskorrosion 17 Kloridindtrængning i beton miljøklasse E i havvandsmiljø med 80LAVALKALI, 16 Flyveaske og 4 Mikrosilica (v/ctal = 0,38) Målte migrationskoefficienter: 28 døgn = 12,5x 12 m 2 /s 56 døgn = 5,4x 12 m 2 /s 1 døgn = 2,5x 12 m 2 /s 120 års eksponering Anvendelse af AP kloridindtrængningsmodel (bladet Beton 2/15) OK!

18 Andre væsentlige egenskaber der påvirker holdbarhed Svind Varmeudvikling og termorevner Efterbehandling af den støbte beton Frost bestandighed Rest reaktivitet (indholdet af C 2 S i cementen)

19 Aalborg Portland cementer der opfylder krav AAB Betonbroer LAVALKALI AALBORG WHITE C 3 S, C 2 S, C 3 A, 5 ( 5) 5 ( 5) C 4 AF, døgn, MPa døgn, MPa døgn, MPa døgn, MPa Ækv. Na 2 O, 0,3 ( 0,4) 0,2 ( 0,3) Kloridindhold, 0,02 ( 0,03) 0,01 ( 0,04) Klinker indhold, >99,5 >99,5 Ved valg af disse cementer, efterleves kravene fuldt ud, samt sikres videreførelse af de seneste 35 års erfaringer vedr. anlægsbetoner

20 Konklusioner 20 Holdbarhed af betonkonstruktioner til infrastruktur er en meget kompleks sag (>120 år) Alle broer bygget efter 1980 ingen større problemer 1979: krav om anvendelse af Ekstra Lavalkali sulfatbestandig cement 1986: Indførelse af BasisBetonBeskrivelsen m 3 beton i typisk bro. Ved besparelse af 400 kr/tons cement ca kr. per bro En typisk bro koster 515 mio. kr Hvis 1 ud af 0 fejler så er besparelsen væk På nogle enkelte områder, kunne det se ud som om vi i forvejen har slækket på de krav der blev formuleret i Basisbetonbeskrivelsen Er det et bevidst valg, eller uheldig udvikling?