PELCON. 1. Brug af slaggecement i marint miljø: Frostsikring PELCON PELCON PELCON PELCON PELCON PELCON. 60 år gammel betonbelægning

Transkript

1 Brug af slaggecement i marint miljø: Frostsikring 60 år gammel betonbelægning Peter Laugesen Pelcon Materials & Testing ApS X Pelcon assignments since 2004 Typiske overfladeparallelle revner - delaminering Dagens tekst Der præsenteres nye resultater med at udvikle en frostsikker beton til brug i marine miljøer. Betonerne med anvendelse af slaggecement er nu accepterede i Sverige og anvendes i projekt Värtahamnen v/per Aarsleff & COWI En særlig tak til Jens Worm, PAA! Ø: 180 mm kerne boret lodret ned gennem belægningen. Pæle og dækelementer, se animation fra youtube (flot!) Produktion af dækelementer: 6x6x0,6m og 8x8x0,6m i Swinoujscie, Polen 1

2 CEM III/A 42,5 R - NA Fck: CEM III /A 32.5 N - LH/HSR/NA Fck: Cement types & mix design v/c: 0,37 Dårlige erfaringer med slaggecementbeton men hvorfor?? Cement definition: N - normal early strength LH - with a low heat of hydration HSR - high sulphates resistance NA low alkali Forudsætninger for holdbare CEM III betonkonstruktioner Borås test example of very little scaling after 112 cycles or?? Måske ikke overraskende: Lavt V/C-tal Luftporestruktur Luftindhold > 4% Afstandsfaktor <0,20mm Efterbehandling Forhindre udtørring Indregne længere hærdetid!! Ubetinget forudsætning for permanente brodæk lavet af slaggecementbeton... ~3 kg / m2 Mean value: 1.0 kg / m 2 <0.1 kg / m 2 Core taken from structure over poor joint. Frostbestandighed målt med Borås-test, Frostbestandighed målt i laboratoriet, Konditionering: Klimaskab ved 65% RH og 20 ± 2 ºC Med luftiblanding Uden luftiblanding Med luftiblanding Uden luftiblanding 2

3 Frostbestandighed med CDF-test, Visser & Heijnen 1998 Frostbestandighed i forhold til konditionering, Modificeret konditionering: Klimaskab ved >95% RH og 20 ± 2 ºC, dvs noget mindre udtørring end v Borås-testen CEM I CEM III B Med luftiblanding, V/C: 0,55 Uden luftiblanding, V/C: 0,45 Konditioneringens betydning ved lab-test, Del-konklusioner, CEM I concrete carbonation leads to an improved scaling resistance. CEM III (B) concrete Carbonation of concrete with high slag content thus leads to poorer scaling resistance. Concrete with CEM I + 30% slag in general also shows good resistance to internal and external F-T damage Concrete with CEM III (B), suffers from severe scaling, even with a w/b-ratio below 0.5 and with entrained air Comparing results from laboratory Borås testing with results after 14 years highway exposure: Laboratory standard classifies most concrete qualities correctly Field results for 2 concrete qualities containing medium to high contents of slag indicate more damage than could be expected from the slab test results The higher initial scaling is a result of the fact that the carbonated layer is scaled off during the initial part of the test. Udtørring Karbonatisering og/eller iltning Mag.: x63 Mag.: x63 PPL 2 Oxidized zone Non-oxidized zone Carbonated zone XPL 1 UVL 30 mm Porous cement paste Dense cement paste 3

4 Oxidized zone Non-oxidized zone Mag.: x500; PPL Mag.: x500; PPL X63, UVL & PPL X200, UVL & PPL Thin pale lines? 10 cm ITZ: Kontaktzonen cementpasta-sten er tæt på oversiden, men porøs på undersiden; indikerer lidt bleeding X63, UVL & PPL Generelt er kontaktzonen tæt og cementpastaen ensartet X63, UVL & PPL 4

5 Holdbarhed af CEM IIIA betonerne til Värtahamnen Mulig skade Prøvningsmetode Risiko med betonerne til Värtahamnen Termorevner Simulering, temp.-måling & inspektion Lav Efterbehandling straks efter afformning Chloridinduceret armeringskorrosion Chloridmigration Meget lav AKR Petrografi, ASTM C 666 og erfaring Meget lav Frost Sulfatskader Luftporeanalyse og Borås = EN Cementkemi, temp.- måling og petrografi Meget lav Lav (Næste foredrag) NT Build 492 (CTH Test) Chloride migration coefficient D (non steady state): (from the Nernst-Einstein equation) Proposed acceptance limits (Tang Luping): Chloridmigration - resultater CEM III A 42.5 Z140 Sample Thickness 1, mm 49,9 49,7 50,4 Thickness 2, mm 49,8 49,8 50,6 Time of start 11:00 11:00 11: Time of finish : : :50 NaOH temperature 18,8 18,8 18,8 at start, C NaOH temperature at finish, C 19,7 19,6 19,6 Voltage, V 35,0 35,0 35,0 Chloride penetration depth 1, mm 13,9 15,3 8,3-2, mm 12,5 8,7 8,9-3, mm 11,7 11,6 8,3-4, mm 9,5 6,0 7,9-5, mm 10,8 8,2 8,6-6, mm 10,7 14,8 13,0-7, mm 11,8 11,8 15,9 U: applied voltage, V T: mean temperature, C 19,3 19,2 19,2 L: mean thickness, mm 49,9 49,8 50,5 x d: mean chloride penetration depth, mm 11,6 10,9 10,1 t: test duration, h 23,83 23,83 23,83 D nssm: Migration coefficient, x m 2 /s 4,4 4,1 3,8 D nssm: Mean value x m 2 /s 4,1 D nssm: Standard deviation 0,3 Luftporemåling - resultater Frostprøvning - resultater CEM III A 42.5 CEM III A 32.5 Luftindhold: 4,7% Specifik overfl.: 31mm-1 Afstandsfaktor: 0,16mm Luftindhold: 5,0% Specifik overfl.: 28mm-1 Afstandsfaktor: 0,17mm 8 weeks [kg/m 2 surface] [kg/m2 surface] Z ,06 0,01 Z ,11 0,01 Z ,10 0,01 Z ,13 0,02 Mean value: 0,10 0,01 Standard deviation: 0,03 0,00 16 weeks [kg/m2 surface] [kg/m 2 surface] Z140A-1 0,07 0,01 Z140A-2 0,22 0,01 Z140A-3 0,10 0,01 Z140A-4 0,23 0,02 Mean value: 0,16 0,01 Standard deviation: 0,08 0,00 8 weeks [kg/m 2 surface] [kg/m 2 surface] Z ,08 0,06 Z ,06 0,04 Z ,06 0,05 Z ,11 0,08 Mean value: 0,08 0,06 Standard deviation: 0,03 0,02 16 weeks [kg/m2 surface] [kg/m 2 surface] Z141A-1 0,09 0,11 Z141A-2 0,06 0,10 Z141A-3 0,07 0,11 Z141A-4 0,13 0,09 Mean value: 0,09 0,10 Standard deviation 0,03 0,01 5

6 Frostprøvning resultater, Forlænget curingtid dage Frostbestandighed i samme Cem IIIA beton uden luftporestruktur Sample Scaling [kg/m 2 surface] Scaling week: [kg/m 2 surface] Z140A-1 0,005 0,000 0,003 0,001 0,000 0,000 0,000 0,001 0,000 0,01 Z140A-2 0,006 0,001 0,003 0,001 0,001 0,001 0,000 0,000 0,000 0,01 Z140A-3 0,006 0,001 0,003 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,01 Z140A-4 0,004 0,003 0,006 0,002 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,02 Mean value: 0,01 Standard deviation: 0,00 Sample Scaling [kg/m 2 surface] Scaling week: [kg/m 2 surface] Z141A-1 0,032 0,018 0,033 0,008 0,011 0,006 0,001 0,003 0,001 0,11 Z141A-2 0,023 0,020 0,045 0,004 0,007 0,002 0,001 0,001 0,000 0,10 Z141A-3 0,012 0,011 0,073 0,001 0,011 0,001 0,002 0,000 0,000 0,11 Z141A-4 0,022 0,029 0,025 0,003 0,002 0,003 0,004 0,000 0,000 0,09 Mean value: 0,10 Standard deviation 0,01 Borås samples after 112 cycles dried and vacuum impregnated Borås samples after 112 cycles dried and vacuum impregnated 1.7 kg / m kg / m kg / m kg / m kg / m kg / m 2 Surfaceparallel sections 10mm below exposed surface Typical frost damages in concrete structures surface parallel cracks, spaced by e.g mm Frost damage is not confused with ASR Completely different crack pattern from lab test specimens Ø: ~180mm Cores are dried at 35 C, vacuum impregnated in fluorescent epoxy and sectioned axially 30 years old Balcony 6

7 Hollandske erfaringer siden 1920 erne (CEM IIIB), R.B. Polder et al Eksempler på god slaggecementbeton Konstruktioner Eksponeringstid Holdbarhedsskader Freeze-thaw + de-icing salt resistance of CEM III/B concrete is slightly lower than that of CEM I concrete Oosterscheldekering >50 år Ingen/få Under Dutch climate conditions, CEM III/B and CEM I concrete are considered to be similar in F-T+salt performance In some cases, bad curing increases the susceptibility for freeze-thaw + salt damage of CEM III/B, especially in the form of scaling, at young age Polske konstruktioner, generelt 100-vis af gravitationsvindmøllefundamenter >30-50 år Ingen/få >10 år Ingen 1000-vis af X-blokke 3 år Ingen Med mange flere Konklusion: Det er muligt at producere Holdbar CEM III (A) beton også frostbestandig Der er klare holdbarhedsmæssige fordele ved denne løsning Der er få ulemper (forlænget curingtid) Forvent der er forskelle fra cement til cement også indenfor CEM III (A) Tak for opmærksomheden Mulig skade Termorevner Chloridinduceret armeringskorrosion AKR Frost Risiko: CEM III(A) i forhold til CEM I Meget mindre Meget mindre Meget mindre Tilsvarende / lidt større Sulfatskader - (Næste foredrag) 7