Chloridbinding: En betons effektive våben i kampen mod armeringskorrosion? Søren L. Poulsen, Teknologisk Institut, Beton

Transkript

1 Chloridbinding: En betons effektive våben i kampen mod armeringskorrosion? Søren L. Poulsen, Teknologisk Institut, Beton Generalforsamling i DBF, København, 14. marts 2013 Chlorid-indtrængning i beton Eksponeringsvæske Beton Armering CL - CL - CL - CL - CL -

2 Chloridbinding i beton Delvis fiksering af chlorid-ioner af cements hydratiseringsprodukter Tilslag Beton Chlorid-ioner fjernes fra porevæsken [Cl - ]/[OH - ] i porevæsken: Vigtig for initiering af armeringskorrosion Tilslag Tilslag Tilslag Model for chloridbinding Input Kemisk sammensætning af cement Vand/cement forhold Output Kvantificering af chloridbinding Model for chlorid binding* Kemisk sammen sætning af porevæske: [Cl ], [Na + ], [OH ], [Ca 2+ ] Faseselskab i hydrati seret cementpasta * Nielsen, E.P. The durability of white Portland cement to chemical attack. PhD afhandling R 084, DTU BYG, 2004.

3 Model for chloridbinding Termodynamisk model baseret på Gibb s Faseregel Modellen er verificeret gennem chloridbindingsforsøg udført på seks forskellige bindersammensætninger + to 25 år gamle pastaprøver samt eksperimentelle data fra DTU-projekter Baseret på arbejde udført i Ekspertcentret er modellen udvidet til at inkludere en bred vifte af bindersammensætninger Binding af chlorider i C-S-H-fasen AFm faststof-opløsning: Monocarbonat-Friedel s salt Model for chloridbinding Cementens indhold af alkalier er vigtig ift. evnen til at binde chlorid: Lavt alkali-indhold højere chloridbinding I bindere med et væsentligt indhold af slagge, flyveaske eller mikrosilica: Ca/Si-forholdet i C-S-H < 1.75 Ca/Si-forholdet i C-S-H-fasen har betydning for evnen til at binde chlorid Udvidet version af modellen, som tager højde for variationen af Ca/Si-forholdet i C-S-H-fasen

4 Regneark til beregninger Test af modellen Prøver af knust beton eksponeres for kunstigt fremstillede porevæsker med forskelligt chloridindhold Formål: Test af modellens evne til at forudsige chloridbindingen i beton

5 Test af modellen Fem betontyper: Lavalkali sulfatbestandig Portland cement (SRPC) SRPC + 15% flyveaske SRPC + 25% flyveaske SRPC + 12% flyveaske + 4% microsilica Rapid Portland cement (RCP) + 70% slagge Alder: 2,5 år Test af modellen Fremstilling af kunstige porevæsker: For hver betontype anvendes seks forskellige chloridkoncentrationer [Cl-] Ved tilsætning af NaOH til opløsningen justeres [Na+] således at den svarer til den forventede koncentration i den ikkeeksponerede beton. Koncentrationen beregnes vha. modellen.

6 Test af modellen 1000 g knust beton ml opløsning i hver plastbeholder Prøverne forsegles og opbevares ved 20 C i tre måneder for at opnå ligevægtsbetingelser Efter opbevaringen analyseres væskerne for [Cl - ]og[oh - ] Målte data vs. modellens forudsigelser [Cl - ]/[OH - ] in pore solution 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 70% 100% 85% 75% 84% slag low-alkali + 30% SR RAPID SR Portland Portland cement cement + 12% fly + 15% 25% ash + fly 4% ashmicrosilica Predicted by model Measured 0,0 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 Total Cl - (wt% of concrete)

7 Praktisk anvendelse af modellen Beregning af chloridbindings-isothermer Performance af forskellige bindere mht. chloridbinding kan vurderes uden at der er behov for tidskrævenden eksperimentelle undersøgelser Rangering af bindersammensætninger efter deres evne til at sikre et lavt [Cl - ]/[OH - ]-forhold i porevæsken Modelberegninger [Cl - ]/[OH - ] i pore solution 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 w/p = % low-alkali SR Portland cement 85% 100% low-alkali Rapid Portland SR Portland cement cement + 15% fly ash 75% low-alkali SR Portland cement + 25% fly ash 84% low-alkali SR Portland cement+ 12% fly ash + 4% microsilica 30% Rapid Portland cement + 70% slag 100% Rapid Portland cement 0,5 [Cl - ]/[OH - ] = % Rapid Portland cement + 25% fly ash 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 Chloride content (wt% of binder)

8 Fremtidigt arbejde Nye chloridbindingsforsøg udført med de samme betoner, men ved en lavere/højere temperatur (modellen blev udviklet til forhold ved 20 C) Ny forsøgs-serie med bindere med forskelligt slagge-indhold Tak for opmærksomheden!