Vand- og chloridindtrængning i beton under tryk

Transkript

1 Vand- og chloridindtrængning i beton under tryk Dette bachelorprojekt er udarbejdet af Lotte Braad Sander, s Mia Lund, s Under vejledning af Kurt Kielsgaard Hansen, DTU Bent Grelk, Rambøll Afleveringsdato: 25. juni 2010 Danmarks Tekniske Universitet, Institut for Byggeri og Anlæg, F10

2

3 i Forord Denne rapport er udarbejdet som et bachelorprojekt på Danmarks Tekniske Universitet i samarbejde med Rambøll Danmark A/S. Projektet er udført i perioden februar til juni 2010 og repræsenterer 20 ECTS point. Vi vil gerne takke vores vejleder Kurt Kielsgaard Hansen for altid at have sin dør åben og have tid til at diskutere og komme med gode råd, ligesom vi gerne vil takke vores eksterne vejleder Bent Grelk for gode råd og vejledning. Lotte Sander, s Mia Lund, s071963

4

5 iii Sammenfatning I dette projekt er chloridindtrængning i beton under tryk blevet undersøgt. I forhold til levetidsberegninger for beton anvendt ved havvandskonstruktioner på store dybder er det interessant at se, hvilken betydning en trykforøgelse har. Da det, at betonen er våd, er en forudsætning for, at chloriderne kan trænge ind i betonen, ligger en stor del af fokus i dette projekt på selve vandindtrængningen i beton ved forskellige tryk. Der er til projektet støbt betoner med 3 forskellige v/c-forhold, hhv. 0,35, 0,45 og 0,55. Betonerne er støbt uden tilsætning af hverken mikrosilica, puzzolaner eller lign. for at undgå en effekt af disse på resultaterne. De 3 betoner repræsenterer betoner med forskel i styrke og porøsitet, men vigtigst i forhold til dette projekt repræsenterer betonen med v/c = 0,35 en selvudtørrende beton, hvilket ikke er tilfældet for betonerne med v/c = 0,45 og v/c = 0,55. Derudover er der foretaget enkelte forsøg på beton fra Storebæltsforbindelsens tunnelelementer. Denne beton har et v/c-forhold på 0,35 og indeholder desuden mikrosilica, puzzolaner og flyveaske. Vandindtrængningsforsøgene er udført ved 1 bar, 8 bar, 15 bar og 150 bar. Forsøgene udført ved 150 bar tjener som reference, idet alle betonerne efter forsøg ved 150 bar var våde hele vejen igennem og således antages at være fuldstændig vandmættede. Alle vandindtrængningsforsøg blev udført på udstøbte prøver med en højde på 8 cm - 9 cm og en diameter på 10 cm. Prøverne var malet med epoxyharpiks på de krumme flader, således at vandindtrængningen kun skete gennem de 2 endeflader, der var skåret. Forsøgene blev udført ved, at prøverne blev nedsænket i destilleret vand i et trykkammer med det ønskede tryk. I løbet af forsøgene blev prøverne vejet adskillige gange, og når det blev vurderet, at vægtændringen var tilstrækkelig stabiliseret, blev forsøgene stopppet. Nogle forsøg blev dog stoppet før pga. tidsbegrænsninger for projektet. Ved forsøgene udført ved 8 bar blev vandindtrængningen desuden undersøgt for storebæltsbetonen. En trykvandmætning ved højere tryk end 1 bar viste sig især at have betydning for betonen med v/c = 0,45, men også i nogen grad for betonen med v/c = 0,55. Den maksimale trykvandmætningsgrad steg hhv. 20% og 11% ved en trykstigning fra 1 bar til 15 bar for disse 2 betoner. For betonen med v/c = 0,35 observeredes en stigning på 1% i den maksimale trykvandmætningsgrad mellem 1 bar og 15 bar. En trykstigning påvirker dermed ikke vandmætningen af betonen med v/c = 0,35 i nær samme grad som de andre betoner. Storebæltsbetonen suger generelt mindre vand end nogle af de andre betoner, og dens maksimale opsugningsmængde er 58% mindre end betonen med v/c = 0,35. Chloridforsøgene blev udført ved 1 bar og 8 bar. Ved 1 bar blev både tørre og vandmættede prøver udsat for en 10%-saltvandsopløsning i 23 dage. Ved 8 bar var det kun tørre prøver, der blev udsat for en saltvandseksponering. Alt afhængig af hvilket v/c-forhold der var tale om, blev eksponeringstiden fastlagt ud fra bottleneck punkterne bestemt ved vandmætningsforsøgene ved 8 bar. Således var betonen med v/c = 0,35 chlorideksponeret ved 8 bar i 1 døgn og betonerne med v/c = 0,45 og v/c = 0,55 i 5 døgn. Chloridindholdet i betonerne blev målt, hvorved det var muligt at optegne chloridprofiler ind gennem betonerne. Ved 1 bar observeredes det, at chloriderne trængte længst ind i prøverne med de høje v/c-forhold. Chloriddiffusionskoefficienten var størst for betonerne med de højeste v/c-forhold, hvilket er udtryk for, at jo højere v/c-forholdet er, jo mindre modstandsdygtig er betonen over for chloriddiffusion. Chloriderne trængte længere ind i de tørre end i de vandmættede betoner, og chloriddiffusionskoefficienterne for de tørre betoner var større end for de vandmættede. Ved 8 bar trængte chloriderne ved alle v/c-forhold længere ind i betonerne end ved 1 bar og det

6 iv Sammenfatning på trods af, at chlorideksponeringen varede betydeligt kortere tid. Også for resultaterne ved 8 bar var tendensen, at chloriddiffusionskoefficienten blev større, jo højere v/c-forholdet var. For betonen med v/c = 0,35 var chloriddiffusionskoefficienten ved 8 bar m 2 /s, hvilket er 12 gange så stor som chloriddiffusionskoefficienten ved 1 bar. Storebæltsbetonen havde en chloriddiffusionskoefficient på m 2 /s ved 8 bar, hvilket er ca. halvt så stor som chloriddiffusionskoefficienten for betonen med v/c = 0,35. For betonerne med v/c = 0,45 og v/c = 0,55 var chloriddiffusionskoefficienterne ved 8 bar hhv m 2 /s og m 2 /s, hvilket svarer til, at de er hhv. 7 og 3 gange større ved 8 bar end ved 1 bar. Chloridindtrængningen i forsøgene udført i dette projekt er således i høj grad påvirket af, om trykket er 1 bar eller 8 bar.

7 v Abstract This project investigates chloride ingress in concrete under pressure. It is a prerequisite that the concrete is wet for chlorides to penetrate the concrete. Therefore a great part of this project focuses on water ingress in concrete under different pressures. This project uses three different w/c-ratios to cast the concrete - 0,35, 0,45 and 0,55 respectively. The three types of concrete represent differences in strength and porosity, and, what is most important with regard to this project, the main difference is that the concrete with w/c = 0,35 is self desiccating, whereas the two types of concrete with w/c = 0,45 and 0,55, respectively, contain excess water. In addition to this experiments with concrete from The Great Belt Tunnel have been made. This concrete has a w/c-ratio of 0,35 and contains silica fume, puzzolans and fly ash. The experiments with water ingress were conducted at a pressure of 1 bar, 8 bar, 15 bar and 150 bar. The experiments conducted at a pressure of 150 bar serve as a reference. At this pressure, all types of concrete were thoroughly wet, thus it may be assumed that they were saturated by water. All of the experiments have been made on cylindrical concrete specimens with a height of 8 cm - 9 cm and a diameter of 10 cm. The sides of the specimens were painted with epoxy resin to ensure that the water ingress would only take place through the top and bottom which were cut. The experiments were performed by lowering the specimens into distilled water in a pressure chamber with the desired pressure. The specimens were weighed serveral times during the experiments. The experiments were stopped when either the weight of the specimens had stabilized or because of time limits. In connection with the experiments performed at 8 bar water ingress in the Great Belt Concrete was studied as well. Saturation at a pressure higher than 1 bar had particularly an influence on the concrete with w/c = 0,45 but also to some degree on the concrete with w/c = 0,55. With an increase in pressure from 1 bar to 15 bar the maximum degree of saturation increased by 20% and 11%, respectively, for these two types of concrete. For the concrete with w/c = 0,35 an increase of 1% was observed in the maximum degree of saturation between 1 bar and 15 bar. An increase in pressure does not effect water saturation of concrete with w/c = 0,35 as much as of concrete with w/c = 0,45 and w/c = 0,55. The Great Belt Concrete absorbes less water than the other types of concrete and its maximum absorption rate is 58% lower than that of the concrete with w/c = 0,35. The experiments with chloride ingress were conducted at a pressure of 1 bar and 8 bar. At a pressure of 1 bar dried and water saturated specimens which were exposed to a 10% mixture of saltwater for 23 days were used. At a pressure of 8 bar only dried specimens were exposed to saltwater. The time for exposure was established from the bottleneck points that were determined from the water saturation experiments at 8 bar for each w/c-ratio. Specimens at w/c = 0,35 were exposed for 1 day and specimens at w/c = 0,45 and w/c = 0,55 for 5 days. The amount of chlorides in the concrete were measured making it possible to draw chloride profiles of the chloride variation through the specimens. At a pressure of 1 bar it was observed that the chloride ingress was larger and had a higher penetration in the specimens that had the highest w/c-ratio. The coefficient of the chloride diffusion was also bigger for the specimens that had the highest w/c-ratio. This indicates that an increase in w/c-ratio causes a reduction in the resistance to chloride diffusion in the specimens. The chloride penetration and the coefficient of the chloride diffusion were higher in the dried specimens compared to the water saturated specimens. The chloride penetration was higher for the specimens at a pressure of 8 bar compared to specimens at a pressure of 1 bar for all w/c-ratios even though the times for chloride exposure were

8 vi Abstract smaller. Also at a pressure of 8 bar the coefficient of chloride diffusion increased with an increase in w/c-ratio. The coefficient of chloride diffusion at a pressure of 8 bar was m 2 /s for the concrete with w/c = 0,35 which is 12 times greater than at a pressure of 1 bar. The coefficient of chloride diffusion was m 2 /s for The Great Belt Concrete. This is about half the size of the coefficient of chloride diffusion for concrete with w/c = 0,35. The coefficient of chloride diffusion was m 2 /s at w/c = 0,45 and m 2 /s at w/c = 0,55 at a pressure of 8 bar. This is respectively 7 and 3 times greater at a pressure of 8 bar compared to 1 bar. The chloride ingress in this project is therefore very much influenced by the pressure.

9 Indholdsfortegnelse vii Indholdsfortegnelse Forord Sammenfatning Abstract Figurer Tabeller i iii v xi xiv 1 Indledning Problemformulering Litteratur fra tidligere undersøgelser HETEK-rapport nr Management of Reinforcement Corrosion - A Thermodynamic Approach Chloridundersøgelser på Farø broerne Anvendte betoner Betons porestruktur Recepter på beton anvendt i dette projekt Støbning og klargøring Tidsoversigt for behandling af betonprøver Vandmætning af beton Kapillarsugning Kapillarsugningsforsøg og kapillaritetstal Vandmætning af beton Undertryk i porer Ydre tryk til vandmætning af beton Kapillær vandmætningsgrad og trykvandmætningsgrad Chlorider og chloriddiffusion i beton Chlorider i beton Frie og bundne chloridioner Chloriddiffusion og Fick s 1. og 2. lov Fick s 1. lov Fick s 2. lov Chloridprofiler og fejlfunktionsløsningen Chloridprofiler Fejlfunktionsløsningen Følsomhedsanalyse af fejlfunktionsløsningen og dens parametre Chloriddiffusionskoefficientens variation Fremgangsmåde for udførelse af forsøg 29

10 viii Indholdsfortegnelse 6.1 Fremgangsmåde for vandmætningsforsøg Fremgangsmåde for vandmætningsforsøg ved kapillarsugning Fremgangsmåde for vandmætningsforsøg ved 8 bar Fremgangsmåde for vandmætningsforsøg ved 15 bar Fremgangsmåde for vandmætningsforsøg ved 150 bar Håndtering af prøver efter trykvandmætning Fremgangsmåde for saltvandsforsøg Fremgangsmåde for saltvandsforsøg ved kapillarsugning Fremgangsmåde for saltvandsforsøg ved 8 bar Fremgangsmåde ved chloridbestemmelse Resultater Resultater for vandmætningsforsøg Resultater for kapillarsugningsforsøg Resultater for vandmætningsforsøg ved 8 bar Resultater for vandmætningsforsøg ved 15 bar Resultater for vandmætningsforsøg ved 150 bar Bestemmelse af bottleneck punkt Kapillaritetstal Resultater for chloridindhold samt chloridprofiler Resultater og chloridprofiler for saltvandsforsøg ved kapillarsugning Resultater og chloridprofiler for saltvandsforsøg ved 8 bar Diskussion af resultater Generelle overvejelser og antagelser Diskussion af resultater i ( t, Q)-koordinatsystemer Vandmætningsgrader Kapillær vandmætningsgrad S kap Trykvandmætningsgrad S tryk Variation i opsugningsforløb for de enkelte v/c-forhold Teoretisk fremskrivning til Q max Vandindhold i beton med et v/c-forhold på 0, Chloriddiffusionskoefficienter, overfladekoncentrationer og indtrængningsdybder Diskussion af chloriddiffusionskoefficienter Chloriddiffusionskoefficienter ved 1 bar Chloriddiffusionskoefficienter ved 8 bar Diskussion af overfladekoncentrationer Diskussion af indtrængningsdybder Sammenligning af chloridindtrængning ved 1 bar og 8 bar Konklusion Konklusion på vandindtrængning Konklusion på chloridindtrængning Erfaringer og videre perspektiver Det ideelle kandidatprojekt Litteratur 69 Bilag 71 A Betonproportionering 73 A.1 Betonproportionering generelt A.1.1 Korrektion af vandindhold A.2 Yderligere korrektion ved anvendelse af superplastificeringsmiddel

11 Indholdsfortegnelse IX B C Betonst@bning Fors@gsplan for endelige betoncylindre C.1 Forsogsplan fbr betotter rnecl v/c-fbrhold pzi 0,35 C.2 Forsrlgsplan fbr betoner rnccl r'/c'-fbrhokl pti 0,45 C.3 Forspgsplan fbr bctoner med r'/t'-forholclpi 0,55 C.4 Forsp)gsplan for storebaeltsbeton EI D Punktinstruks for forsog D.1 Kapiliarsugningsfbrsog mccl torre prover D.2 Kapillarsugnirrgsfbrsog med vandrnattercle prover D.3 Vandincltrecngning rtnder tryk. D.4 Vand- og chloriclindtrrengning under tryk E Punktinstrukser for trykvandmretningsudstyr E.l Ttrrkkamrner til fbrspg vccl 8 bar, Rambctll. 8.2 Trykkammer til fbrsclg'u'ccl 15 bar, DTU E.3 Trykkarnrner til fbrsog ved 150 bar, DTU E;r 8i; 87 E7 87 E8 F Punktinstruks for drejebrenk til frresning 91 G Bestemmelse af chloridindhold ved titrering G.1 Punktinstnrks fbr titrering til bestermmelse af chloriclindhold G.2 ljclrcgning af chloriciinciholcl efter titrering {u H Punktinstruks vecl bestemmelse af vandindhold 97 Forfors@g I.1 Forsogsplarr fbr clntnmys I.2 Forsogsbeskrivclse fbr clrunnrys I.2.I Kzrpillarsugningsfbrsog mecl torre clttmrnys I.2.2 Forsqtg rneci vanclrnrcttecle tlttrnmr-s L3 Kapillarsugningsfbrsog ttterd clutnrnys L3.1 ljdtorring nf dr-trnrn,vs L3.2 R,esr.rltater frzr kapillarsugningsfbrsog nrccl clunrmys I.3.3 Kapillaritctstai for clrtmtnl's L4 Chloridindhoicl i clummys L4.1 Chloriclprotiler fbr clrtmrrrys I.'1,.2 Diskussion af Cr- og l)-vrcrclicr fbr clurrinlvs Fors@gsresultater J.1 Opsr-rgrrimgsgraf'er J.2 Opsugningsgraf'er til bersternnrclse af bottlene.k p.,rrkt..i.3 ChloriclmS.lingsresultater J.3.1 ChloriclrnS"lingsresuitater fbl knp iilarsugningsfbrsp g,j.:1.2 Chloriclrnirlinssrestrltatcr fbr forsog ved B btrr J.4 Chloriclprofiler J.4.I Chloririprofilcr fbr kapillarsugningslbrselg J.4.2 Chloridprofilc:r for fbrsog ved 8 bar {) 9f) t) l0l 10E ,! 126 i26 r2\) 'll I rrj K Grafer anvendt under 'Diskussion af resultatert t37 Appendiks Fotos

12 Indholdsfortegnelse II Excelark over betonproportionering III Excelark over ved 1 bar IV Excelark over fors@g ved 8 bar V VI Excelark over forsgg ved 15 bar Excelark over fors6g ved 150 bar VII Excelark over vandindhold i betoner ved forsggsstart VIII Excelark over bottleneck punkter ved 1 bar IX Excelark over bottleneck punkter ved 8 bar X Excelark over bottleneck punkter ved 15 bar XI Excelark over bottleneck punkter ved 150 bar XII Excelark over samtlige bottleneck punkter XIII Udregninger til teoretisk fremskrivning til Ailftf XIV Excelark over udregning af vandindholcl i beton med v -- /c 0,35 XV Excelark over chloridmaling ved 1 bar XVI Excelark over chloridmaling ved 8 bar XVII Excelark over forforsog ved 1 bar XVIII Excelark over udt@rringsforl6b for forfors@g XIX Excelark over chloridmaling for forforsog XX Artikel vedr. Farobroen XXI LBM Provningsmetode XXII Dagsordener og m@dereferater

13 Figurer xi Figurer 2.1 Eksempler på chloridprofiler målt i forskellige områder på Farøbroerne Volumenandele af betonens forskellige faser ved forskellige hydratiseringsgrader Kapillarpore og de tryk, der påvirker menisken Typisk eksempel på resultat af kapillarsugningsforsøg Eksempel på chloridprofil Målt og beregnet chloridprofil, Farøbroen kote 0, Målt og beregnet chloridprofil, Farøbroen kote -1, Målt og beregnet chloridprofil, Farøbroen kote Variation i C s -værdi Variation i chloriddiffusionskoefficient Variation i chloriddiffusionskoefficient og C s -værdi Trykkammer anvendt til forsøg ved 8 bar Trykkammer anvendt til forsøg ved 15 bar Trykkammer anvendt til forsøg ved 150 bar Kapillarsugningsgraf for tørre prøver i destilleret vand Kapillarsugningsgraf for tørre prøver i saltvand Opsugningsgraf for prøver i destilleret vand ved 8 bar Opsugningsgraf for prøver i destilleret vand ved 15 bar Opsugningsgraf for prøver i destilleret vand ved 150 bar Opsugningsgraf for prøve med v/c = 0,35 ved 15 bar til bestemmelse af bottleneck punkt Chloridindhold i tør beton med v/c = 0,35 ved 1 bar Chloridprofil for tør beton med v/c = 0,35 ved 1 bar Chloridprofil for vandmættet beton med v/c = 0,35 ved 1 bar Chloridprofil for tør beton med v/c = 0,45 ved 1 bar Chloridprofil for vandmættet beton med v/c = 0,45 ved 1 bar Chloridprofil for tør beton med v/c = 0,55 ved 1 bar Chloridprofil for vandmættet beton med v/c = 0,55 ved 1 bar Chloridprofil for beton med v/c = 0,35 ved 8 bar Chloridprofil for storebæltsbeton ved 8 bar Chloridprofil for beton med v/c = 0,45 ved 8 bar Chloridprofil for beton med v/c = 0,55 ved 8 bar Kapillær vandmætningsgrad som funktion af t for kapillarsugningsforsøg Trykvandmætningsgrad som funktion af t for kapillarsugningsforsøg Trykvandmætningsgrad som funktion af t for trykvandmætning ved 15 bar Opsugningsforløb for beton med v/c = 0,35 ved alle undersøgte tryk Opsugningsforløb for beton med v/c = 0,45 ved alle undersøgte tryk Opsugningsforløb for beton med v/c = 0,55 ved alle undersøgte tryk Princippet i teoretisk fremskrivning til Q max Vandindhold i beton med v/c = 0,35 efter kapillarsugning og tryk på 8 bar

14 xii Figurer 8.9 Vandindhold i beton med v/c = 0,35 efter tryk på 15 bar og 150 bar I.1 Vægtændring af dummys ved udtørring ved 40 C I.2 Kapillarsugningsgraf for tørre dummys i destilleret vand I.3 Kapillarsugningsgraf for tørre dummys i saltvand I.4 Indledende forløb af kapillarsugningsgraf for tørre dummys i destilleret vand til bestemmelse af kapillaritetstal I.5 Indledende forløb af kapillarsugningsgraf for tørre dummys i saltvand til bestemmelse af kapillaritetstal I.6 Chloridindhold i tør beton med v/c = 0,35 (dummy) I.7 Chloridindhold i vandmættet beton med v/c = 0,35 (dummy) I.8 Chloridindhold i tør beton med v/c = 0,45 (dummy) I.9 Chloridindhold i vandmættet beton med v/c = 0,45 (dummy) I.10 Chloridindhold i tør beton med v/c = 0,55 (dummy) I.11 Chloridindhold i vandmættet beton med v/c = 0,55 (dummy) I.12 Chloridprofil for tør beton med v/c = 0,35 (dummy) I.13 Chloridprofil for vandmættet beton med v/c = 0,35 (dummy) I.14 Chloridprofil for tør beton med v/c = 0,45 (dummy) I.15 Chloridprofil for vandmættet beton med v/c = 0,45 (dummy) I.16 Chloridprofil for tør beton med v/c = 0,55 (dummy) I.17 Chloridprofil for vandmættet beton med v/c = 0,55 (dummy) J.1 Kapillarsugningsgraf for tørre prøver i destilleret vand J.2 Kapillarsugningsgraf for tørre prøver i saltvand J.3 Opsugningsgraf for prøver i destilleret vand ved 8 bar J.4 Opsugningsgraf for prøver i destilleret vand ved 15 bar J.5 Opsugningsgraf for prøver i destilleret vand ved 150 bar J.6 Kapillarsugningsgraf for beton med v/c = 0,35 i destilleret vand til bestemmelse af bottleneck punkt J.7 Kapillarsugningsgraf for beton med v/c = 0,45 i destilleret vand til bestemmelse af bottleneck punkt J.8 Kapillarsugningsgraf for beton med v/c = 0,55 i destilleret vand til bestemmelse af bottleneck punkt J.9 Kapillarsugningsgraf for beton med v/c = 0,35 i saltvand til bestemmelse af bottleneck punkt J.10 Kapillarsugningsgraf for beton med v/c = 0,45 i saltvand til bestemmelse af bottleneck punkt J.11 Kapillarsugningsgraf for beton med v/c = 0,55 i saltvand til bestemmelse af bottleneck punkt J.12 Opsugningsgraf for beton med v/c = 0,35 ved 8 bar til bestemmelse af bottleneck punkt 121 J.13 Opsugningsgraf for beton med v/c = 0,45 ved 8 bar til bestemmelse af bottleneck punkt 121 J.14 Opsugningsgraf for beton med v/c = 0,55 ved 8 bar til bestemmelse af bottleneck punkt122 J.15 Opsugningsgraf for storebæltsbeton ved 8 bar til bestemmelse af bottleneck punkt J.16 Opsugningsgraf for beton med v/c = 0,35 ved 15 bar til bestemmelse af bottleneck punkt123 J.17 Opsugningsgraf for beton med v/c = 0,45 ved 15 bar til bestemmelse af bottleneck punkt123 J.18 Opsugningsgraf for beton med v/c = 0,55 ved 15 bar til bestemmelse af bottleneck punkt124 J.19 Opsugningsgraf for beton med v/c = 0,35 ved 150 bar til bestemmelse af bottleneck punkt124 J.20 Opsugningsgraf for beton med v/c = 0,45 ved 150 bar til bestemmelse af bottleneck punkt125 J.21 Opsugningsgraf for beton med v/c = 0,55 ved 150 bar til bestemmelse af bottleneck punkt125 J.22 Chloridindhold i tør beton med v/c = 0,35 ved kapillarsugning J.23 Chloridindhold i vandmættet beton med v/c = 0,35 ved kapillarsugning J.24 Chloridindhold i tør beton med v/c = 0,45 ved kapillarsugning J.25 Chloridindhold i vandmættet beton med v/c = 0,45 ved kapillarsugning J.26 Chloridindhold i tør beton med v/c = 0,55 ved kapillarsugning

15 Figurer xiii J.27 Chloridindhold i vandmættet beton med v/c = 0,55 ved kapillarsugning J.28 Chloridindhold i storebæltsbeton ved 8 bar J.29 Chloridindhold i beton med v/c = 0,35 ved 8 bar J.30 Chloridindhold i beton med v/c = 0,45 ved 8 bar J.31 Chloridindhold i beton med v/c = 0,55 ved 8 bar J.32 Chloridprofil for tør beton med v/c = 0,35 ved 1 bar J.33 Chloridprofil for vandmættet beton med v/c = 0,35 ved 1 bar J.34 Chloridprofil for tør beton med v/c = 0,45 ved 1 bar J.35 Chloridprofil for vandmættet beton med v/c = 0,45 ved 1 bar J.36 Chloridprofil for tør beton med v/c = 0,55 ved 1 bar J.37 Chloridprofil for vandmættet beton med v/c = 0,55 ved 1 bar J.38 Chloridprofil for storebæltsbeton ved 8 bar J.39 Chloridprofil for beton med v/c = 0,35 ved 8 bar J.40 Chloridprofil for beton med v/c = 0,45 ved 8 bar J.41 Chloridprofil for beton med v/c = 0,55 ved 8 bar K.1 Kapillær vandmætningsgrad som funktion af t for kapillarsugningsforsøg K.2 Kapillær vandmætningsgrad som funktion af t for trykvandmætning ved 8 bar K.3 Kapillær vandmætningsgrad som funktion af t for trykvandmætning ved 15 bar K.4 Trykvandmætningsgrad som funktion af t for kapillarsugningsforsøg K.5 Trykvandmætningsgrad som funktion af t for trykvandmætning ved 8 bar K.6 Trykvandmætningsgrad som funktion af t for trykvandmætning ved 15 bar K.7 Trykvandmætningsgrad som funktion af t for trykvandmætning ved 150 bar K.8 Opsugningsforløb for beton med v/c = 0,35 ved alle undersøgte tryk K.9 Opsugningsforløb for beton med v/c = 0,45 ved alle undersøgte tryk K.10 Opsugningsforløb for beton med v/c = 0,55 ved alle undersøgte tryk

16 xiv Tabeller Tabeller 2.1 Chloriddiffusionskoefficienter for beton med forskellige v/c-forhold til sammenligning Chloriddiffusionskoefficienter og overfladekoncentrationer for beton på Farøbroerne Recepter til 1 m 3 beton ved 3 forskellige v/c-forhold Behandling af storebæltsbetoner Behandling af betonprøver med v/c = 0, Behandling af betonprøver med v/c = 0, Behandling af betonprøver med v/c = 0, Maksimale Q-værdier for kapillarsugningsforsøg Maksimale Q-værdier for vandmætningsforsøg ved 8 bar Maksimale Q-værdier for trykvandmætningsforsøg ved 15 bar Maksimale Q-værdier for trykvandmætningsforsøg ved 150 bar t kap for betonprøver med forskellige v/c-forhold og ved forskellige tryk Q kap for betonprøver med forskellige v/c-forhold og ved forskellige tryk Kapillaritetstal for betonprøver med forskellige v/c-forhold og ved forskellige tryk Diffusionskoefficient, overfladekoncentration og indtrængningsdybde for prøver i saltvand ved kapillarsugning Diffusionskoefficient, overfladekoncentration og indtrængningsdybde for prøver i saltvand ved 8 bar Tidspunkter for S kap = 1 for de enkelte v/c-forhold og tryk Maksimale trykvandmætningsgrader Trykvandmætningsgrader efter 1 uge Teoretiske tider for hvornår betonerne når Q max Diffusionskoefficienter og overfladekoncentrationer for tørre prøver i saltvand ved kapillarsugning og 8 bar A.1 Densiteter for tilslag A.2 Masse- og volumenfordeling af de forskellige komponenter ved 1 m 3 beton med v/c = 0,45 74 A.3 Absorptionsevne og vandindhold for tilslag A.4 Værdier for C og G for beton med v/c = 0, A.5 Justering af masse af de forskellige tilslag og blandevand til beton med v/c = 0, A.6 Recept til 1 m 3 beton med v/c = 0,45 til forforsøget A.7 Recepter til 40 liter beton med v/c = 0,45 og v/c = 0,55 til forforsøgene samt de endelige forsøg A.8 Recept til 40 liter beton med v/c = 0,35 uden plastificering A.9 Recept til 40 liter beton med v/c = 0,35 med plastificering I.1 Kapillaritetstal for dummys i destilleret vand og saltvand I.2 Chloridkoncentration, C s, og diffusionskoefficient, D, for dummys

17 1 Kapitel 1 Indledning Levetiden for beton anvendt til konstruktioner i havvand, såsom broer og tunneller, er stærkt afhængig af chloridindtrængningen i betonen fra det omgivende havvand. Hvis chloridkoncentrationen ved armeringsstængerne bliver tilstrækkelig stor, kan det passiverende lag omkring armeringen nedbrydes, og armeringen er disponibel for korrosionsangreb. Måling af chloridindtrængning i beton til estimering af betonens levetid baseres typisk på forsøg, hvor nyudstøbt beton i en given tidsperiode udsættes for en vandig opløsning indeholdende chlorider ved almindeligt atmosfæretryk (= 1 bar), svarende til trykket under splashzonen. Dette gør det muligt at måle og optegne chloridprofilet ind gennem betonen. På baggrund af disse resultater kan levetiden for betonen vurderes vha. forskellige chloridmodeller, der grundlæggende bygger på Fick s 2. lov for diffusion. Chloridmodellerne forudsætter, at diffusionen af chloridioner sker i vandmættet beton, da Fick s 2. lov bygger på en antagelse om, at diffusionen sker i et vandmættet miljø. Denne antagelse vurderes typisk at være rimelig, da chloridionerne så at sige ikke kan flyve, dvs. de kan ikke trænge ind i en tør beton. En væg i et tunnelrør vil have én side i kontakt med havvand og én side i kontakt med luft inde i tunnelrøret. Forestiller man sig, at chloriderne via vandet trænger gennem væggen, vil vandet fordampe pga. ventilation i tunnelrøret. Det betyder, at der sker en ophobning af chlorider på væggens inderside, hvilket kan resultere i en tilbagediffusion. Hvis chloridkoncentrationen ved armeringen når op over det kritiske niveau, typisk antaget til at være omkring 0,05-0,1 vægt-% af tør beton, er der stor risiko for, at korrosion af armeringen nær væggens inderside initieres, da der her er ilt tilstede. Ved moderne betonkonstruktioner såsom Storebælts- og Øresundsforbindelsen anvendes betoner med et lavt v/c-forhold for at opnå bedre styrke- og holdbarhedsegenskaber. Typisk ligger v/c-forholdet på omkring 0,35-0,40, dvs. der er tale om selvudtørrende betoner. Dette betyder, at der er overskud af cement i forhold til mængden af blandevand, hvilket medfører, at fugtigheden af betonen vil aftage under hydratisering, da cementen opbruger al blandevandet med tiden. Det vil sige, at mens betonen udsættes for en vandpåvirkning udefra, vil den udtørre indefra. Dette er problematisk for moderne betonkonstruktioner i forbindelse med levetidsmodellerne, der jo bygger på, at diffusion af chloridioner sker i et fugtigt miljø, men i praksis aftager denne fugtighed med stigende hydratisering. Betonen vil dog stadig opfugtes udefra, hvilket ved et tryk på 1 bar og de lave v/c-forhold er en langsom proces. Beton, der anvendes ved havvandskonstruktioner på stor dybde, som f.eks. broer og tunneller, vil dog udsættes for et større vandtryk end ved overfladen, og det kan have betydning for hastigheden af vandindtrængningen i beton, hvilket så igen kan have betydning for chloriddiffusionen. Rundt omkring i verden findes adskillige tunneller på store vanddybder. Hong Kong-Zhuhai- Macau broen er funderet på 38 m s dybde, og i Sydkorea ligger Busan-Geoje-tunnellen på 50 m s dybde. Den dybest beliggende sænketunnel i verden findes i Bosphorus-strædet og ligger 58 m under havets overflade. Herhjemme findes der også havvandskonstruktioner på store dybder. Storebæltsbroens østtunnel, der er en boret tunnel, går helt ned til 75 m under havets overflade. En eventuel sænketunnel til den kommende Femern Belt-forbindelse vil være beliggende på vanddybder ned til 30 m. Disse eksempler viser alle, at betonkonstuktioner i havvand kan udsættes for et

18 2 Kapitel 1. Indledning vandtryk, der er op til 8 gange større end det vandtryk, levetiden typisk estimeres på baggrund af. Det interessante er derfor at undersøge, hvilken betydning en trykforøgelse har for vand- og chloridindtrængningen i beton og dermed potentielt for levetiden. 1.1 Problemformulering På baggrund af ovenstående problemstilling undersøges vand- og chloridindtrængningen i beton under tryk. At betonen er våd er en forudsætning for, at chloriderne kan trænge ind i betonen, og derfor er der i projektet dels fokus på selve vandindtrængningen i beton under tryk og dels fokus på selve chloridindtrængningen i beton under tryk. Der arbejdes med betoner med 3 forskellige v/c-forhold - 0,35, 0,45 og 0,55 - uden tilsætningsstoffer. Disse 3 betoner repræsenterer betoner med forskel i porestruktur og hydratiseringsgrad. Beton med v/c = 0,35 er en såkaldt selvudtørrende beton, hvilket ikke er tilfældet for hverken beton med et v/c = 0,45 eller v/c = 0,55. Beton med v/c = 0,55 har så højt et v/c-forhold, at kapillarporøsiteten er betydelig større end for de 2 andre betoner, og denne type beton er medtaget som sammenligningsgrundlag, da der er en forventning om, at der i forsøgene sikkert vil trænge både vand og chlorider ind i betonen. Desuden har det været muligt at skaffe 3 borekerner fra Storebæltsbroens tunnelelementer. Storebæltsbetonen har et v/c-forhold på 0,35 og indeholder en trepunktsblanding bestående af mikrosilica, puzzolaner og flyveaske, og denne type beton vil også indgå i enkelte af forsøgene. Vandindtrængningen undersøges ved 4 forskellige tryk - 1 bar, 8 bar, 15 bar og 150 bar. I resten af rapporten refereres 1 bar til som Kapillarsugning, da dette må betegnes som trykket ved standard kapillarsugningsforsøg. Argumentationen for de anvendte tryk er, at et tryk på 1 bar som nævnt er det tryk, levetiden for betonkonstruktioner typisk estimeres på baggrund af. Et tryk på 8 bar svarer til det tryk, som betonkonstruktioner på stor dybde må forventes at opleve. Et tryk på 15 bar svarer til det tryk, der opereres med i HETEKs prøvningsmetoder i forbindelse med vandmætning, [10, s. 32], og et tryk på 150 bar, er det maksimalt mulige tryk, som betonerne kan udsættes for vha. det trykvandmætningsudstyr, der er til rådighed. Ved dette tryk forventes alle betonerne at kunne vandmættes fuldstændig. På baggrund af resultaterne fra vandmætningsforsøgene er det muligt at optegne grafer over betonernes vægtændring som funktion af tiden. Herved opnås et billede af, hvor meget vand betonerne vil suge ved de enkelte tryk, samt hvor lang tid vandopsugningen vil være om at blive stabiliseret. Chloridindtrængningen undersøges i dette projekt ved 2 forskellige tryk - 1 bar og 8 bar. Et tryk på 1 bar er det tryk levetidsmodellerne tager udgangspunkt i, mens et tryk på 8 bar er det tryk havvandskonstruktioner kan blive udsat for. Betonerne udsættes for en chlorideksponering med en 10%-saltvandsopløsning, jf. [2, s. 2]. Der udarbejdes chloridprofiler for de enkelte betoner ved de forskellige tryk, hvorved det er muligt at fastlægge chloriddiffusionskoefficienter og overfladekoncentrationer, hvilket samlet set giver et billede af, hvordan chloridindtrængningen varierer ved forskellige v/c-forhold og tryk.

19 3 Kapitel 2 Litteratur fra tidligere undersøgelser I dette kapitel gennemgås den vigtigste litteratur, som er anvendt i forbindelse med dette projekt. Al litteraturen stammer fra tidligere undersøgelser vedr. chloridindtrængning i beton, og i det følgende vil der kort blive redegjort for hvilke aspekter af litteraturen, der er gjort brug af. 2.1 HETEK-rapport nr. 53 Fortolkning og analyse af de resultater, der er opnået i dette projekt, tager primært udgangspunkt i HETEK-rapport nr. 53 Chloride penetration into concrete. State of the Art, [14]. Rapporten behandler kun chloridindtrængning i beton ved 1 bar, men giver indsigt i de fænomener, der er forbundet med chloridindtrængning i beton såsom transportprocesser og chloridbinding. De faktorer, der har betydning for chloridtransporten, beskrives, og rapporten beskriver desuden, hvordan chloridindholdet gennem beton kan forventes at variere. I rapporten er der en uddybende forklaring af Fick s love, der kan benyttes til beskrivelse af chloriddiffusion i beton. Fejlfunktionsløsningen til Fick s 2. lov for diffusion omtales, og chloriddiffusionskoefficienten diskuteres. Fejlfunktionsløsningen i sin normale form antager, at chloriddiffusionskoefficienten er en materialekonstant, hvilket empirisk har vist sig ikke at være tilfældet. Rapporten fastslår hvilke faktorer, der har vist sig at have indflydelse på chloriddiffusionskoefficienten, og hvordan fejlfunktionsløsningen kan anvendes under hensyntagen til, at chloriddiffusionskoefficienten reelt set afhænger af tiden. I den forbindelse introduceres den såkaldte tilsyneladende chloriddiffusionskoefficient, der tager hensyn til bl.a. chloridbinding. I dette projekt behandles chloriddiffusionskoefficienten som en materialekonstant, og forsøgene tilrettelægges, så de tilpasses Fick s 2. lov bedst muligt. 2.2 Management of Reinforcement Corrosion - A Thermodynamic Approach De opnåede chloriddiffusionskoefficienter sammenlignes med værdier angivet i André Kûters PhDafhandling Management of Reinforcement Corrosion - A Thermodynamic Approach, [12]. Disse gengives her i Tabel 2.1. Der er angivet værdier fra 2 forskellige kilder. For de respektive kilder henvises til [12]. Tabel 2.1: Chloriddiffusionskoefficienter for beton med forskellige v/c-forhold til sammenligning v/c 0,4 0,5 0,6 Kilde A 0, Kilde B

20 4 Kapitel 2. Litteratur fra tidligere undersøgelser 2.3 Chloridundersøgelser på Farø broerne Ved udarbejdelse af chloridprofilerne er der taget udgangspunkt i artiklen Chloridundersøgelser på Farø broerne, se Appendiks XX eller [16]. Her er angivet 3 chloridprofiler og tilhørende chloriddiffusionskoefficienter og overfladekoncentrationer for betonen anvendt ved Farøbroen. Disse ses gengivet på Figur 2.1 Figur 2.1: Eksempler på chloridprofiler målt i forskellige områder på Farøbroerne, se Appendiks XX Til disse chloridprofiler er der i artiklen angivet værdier for chloriddiffusionskoefficienter og overfladekoncentrationer. Disse gengives i Tabel 2.2 Tabel 2.2: Chloriddiffusionskoefficienter og overfladekoncentrationer for beton ved forskellige koter på Farøbroerne Kote D C s [m] m s /sek % Cl af betonvægt -1 8 ± 1 0,97 ± 0,18 0,35 6 ± 1 1,11 ± 0, ± 1 0,23 ± 0,08 Ud fra disse virkelige chloridprofiler og de dertil angivne overfladekoncentrationer og chloriddiffusionskoefficienter, er der opnået en forståelse for, hvorledes chloriddiffusionskoefficienten og overfladekoncentrationen influerer på chloridprofilet.

21 5 Kapitel 3 Anvendte betoner Dette kapitel sammenfatter kort teori og praktisk fremgangsmåde for den mest fundamentale del af dette projekt, nemlig selve betonen. I det følgende beskrives betons porestruktur for at kunne forklare, hvorfor der er forskel i betons egenskaber, alt efter hvordan den proportioneres. Herefter følger en beskrivelse af den beton, der er proportioneret og støbt til dette projekt. 3.1 Betons porestruktur Hærdnet beton består af tilslag (sand og sten) og cementpasta. Cementpastaen består af uhydratiserede cementpartikler og cementgel, hvor cementgel betegner produkterne dannet ved hydratisering, dvs. ved reaktion mellem cement og vand. Det er i cementpastaen, at betonens porer findes. Typisk inddeles porer i beton i 3 kategorier Gelporer - har typisk en diameter på 0,5 nm - 2,0 nm. Findes som meget fine hulrum i cementgelen Kapillarporer - har typisk en diameter på 2,0 nm - 5,0 µm. Findes i cementpastaen uden om cementgelen eller langs tilslaget. Kapillarporer stammer fra det oprindelige volumen, der ikke bliver fyldt med cementgel under hydratisering. Vand og vanddamp transporteres meget lettere gennem kapillarporer end gennem gelporer Makroporer - har en diamter større end 5,0 µm. Findes langs tilslaget eller i form af luftbobler, der er skabt for at sikre beton mod frost Hvor porøs en beton er, og hvordan porestørrelsesfordelingen er, har stor betydning for betonens egenskaber, såsom dens styrke, permeabilitet og varmeegenskaber. Betonens styrke bestemmes ud fra vand/cement-forholdet, som i denne rapport betegnes v/c-forholdet. v/c-forholdet angiver vægtforholdet mellem hhv. hvor meget vand og cement, der anvendes til en beton. Ved proportionering kan man gennem v/c-forholdet have indflydelse på kapillarporøsiteten og makroporøsiteten, hvorimod det er vanskeligt at styre gelporøsiteten, [11, s. 41]. [11, Figur 3.1-5] viser et eksempel på porestørrelsesfordelingen i beton ved fuld hydratisering. Heraf fremgår det, at jo højere betons v/c-forhold er, jo mere porøs er betonen, og dermed er den i stand til at suge mere vand. Det fremgår af figuren, at beton med v/c = 0,80 har flere kapillarporer end beton med v/c = 0,40. Til gengæld indeholder betonen med det lave v/c-forhold næsten dobbelt så mange gelporer i forhold til det samlede antal porer som betonen med det høje v/c-forhold. Når cementpasta hærder ændrer fasefordelingen sig i takt med hydratiseringen, og det betyder, at også andelen af porer ændres. Hydratisering af cementpasta afhænger af det vand, der er indeholdt i cementpastaen. Den såkaldte Power s model fastlægger fasefordelingen i en hærdende cementpasta. Ifølge Power s model kan vandet i cementpastaen inddeles i 3 kategorier Gelvand - det fysisk bundne vand, som adsorberes og fastholdes på overfladen af gelpartiklerne. Under hydratisering bindes ca. 0,23 g vand pr. g reageret cement

22 6 Kapitel 3. Anvendte betoner Kemisk bundet vand - det vand, der er bundet i cementpastaen, og som er ufordampeligt. Under hydratisering bindes ca. 0,19 g vand pr. g reageret cement Kapillarvand - det frie vand, som tilsættes, når betonen støbes, og som ikke er bundet. Findes i kapillarporerne Ifølge Power s model er det kun kapillarvand, som kan reagere med cement. Det vil sige, det er nødvendigt, at der er kapillarvand tilstede, for at beton kan hydratisere, og hydratiseringen vil ophøre, når der ikke længere er noget kapillarvand. Dog vil noget af gelvandet også kunne reagere med cementen, men dette tages der ikke højde for i modellen, [8, s. 59]. Når cementen og det frie vand reagerer, vil der ske et kemisk svind, der medfører en volumenformindskelse. Grunden til dette er, at de stoffer, der dannes, når vand og cement reagerer, har et mindre volumen, end cementen og vandet havde, før de reagerede. Dette medfører, at der vil opstå et naturligt luftindhold på ca. 1% i betonen, hvis der ikke tilsættes noget luftforøgende stof. Hydratiseringsgraden, α(t), beskriver, hvor stor andel af cementen, der er hydratiseret, dvs. der er reageret med det frie vand mn (t) α(t) = cmix (3.1) mc hvor mnc (t) er massen af cement, der til tiden t er hydratiseret, og mmix er massen af cement, der c er anvendt til betonen. Det vil sige, at α(t) kan antage værdier mellem 0 og 1 og er enhedsløs. Jævnfør (3.1) ses det, at betonen stopper med at hydratisere, hvis al cementen i blandingen er reageret. Dette vil medføre en hydratiseringsgrad på 1. Det der gør, at hydratiserningen stopper, afhænger altså af, om der er overskud af kapillarvand eller cement, dvs. af v/c-forholdet. Ved et stort v/c-forhold vil der være meget vand i forhold til cement, og det vil derfor være cementmangel, der medfører, at betonen stopper med at hydratisere. Hvis v/c-forholdet derimod er lavt, vil der ikke være meget vand i forhold til cement, og hydratiseringen vil stoppe pga. vandmangel. Det vil sige, al cement ikke nødvendigvis er hydratiseret, og hydratiseringsgraden vil derfor være mindre end 1, selvom betonen er færdig med at hydratisere. I sådan et tilfælde kaldes betonen selvudtørrende. Grænsen for, hvornår beton er selvudtørrende, er netop, når massen af kapillarvand er 0, og hydratiseringsgraden er 1 svarende til at al cement i blandingen har reageret med alt vandet. Som tidligere nævnt vil der ved hydratisering fysisk blive bundet 0,23 g vand og kemisk blive bundet 0,19 g vand pr. g reageret cement. Hvis α = 1 svarer det til, at al cement er reageret, og i så fald vil der i alt være bundet 0, 19 g + 0, 23 g = 0, 42 g vand i cementpastaen pr. g cement. Dette svarer altså til et v/c-forhold på 0,42, [8, s. 60]. Figur 3.1 viser volumenandelen af de forskellige faser i en beton ved forskellige hydratiseringsgrader, når v/c-forholdet er hhv. større end og mindre end 0,42. Figur 3.1: Volumenandele af betonens forskellige faser ved forskellige hydratiseringsgrader, når v/c-forholdet er hhv. større end og mindre end 0,42, [8] Af Figur 3.1 ses det netop at for v/c-forhold mindre end 0,42, vil der ved fuld hydratisering ikke være mere kapillarvand. Kapillarporerne for v/c-forhold mindre end 0,42 er derfor luftfyldte for α = 1.

23 3.2. Recepter på beton anvendt i dette projekt 7 Selvudtørrende beton har fået navnet, da betonen, når alt det frie vand er blevet opbrugt, vil begynde at tørre ud indefra, da der ikke er overskud af vand. Det vil sige, at den relative fugtighed sænkes til under 100% inde i betonen. 3.2 Recepter på beton anvendt i dette projekt Ud fra de forskelle der forventes at være i bl.a. porøsitet, alt efter hvilket v/c-forhold en beton har, undersøges der i dette projekt 3 betoner med hhv. et v/c-forhold på 0,35, 0,45 og 0,55. Betonerne tilsættes ingen former for puzzolaner, mikrosilica eller flyveaske for at undgå, at dette har indflydelse på resultaterne. I Bilag A ses fremgangsmåden ved proportioneringen af de 3 betoner og i Bilag B ses fremgangsmåden ved støbning. Betonerne blev støbt med et ønske om et cementindhold på 375 kg cement pr. m 3, da det også er det cementindhold, der er brugt til tunnelelementerne ved Storebæltsforbindelsen. Først blev der støbt betoner til forforsøg. Ud fra disse støbninger blev det vurderet, at det var nødvendigt at anvende et superplastificeringsmiddel såsom Sika 10 til betonen med et v/c-forhold på 0,35 for at bearbejdeligheden var tilstrækkelig god til, at udstøbningen blev optimal. Betonproportioneringen for forforsøgene ses ligeledes i Bilag A, hvor de refereres til som dummys. De endelige recepter for de 3 v/c-forhold ses i Tabel 3.1. Tabel 3.1: Recepter til 1 m 3 beton ved 3 forskellige v/c-forhold Komponent v/c = 0,35 v/c = 0,45 v/c = 0,55 Cement [kg] 375,0 375,0 375,0 Vand [kg] 140,2 177,4 214,3 Sika 10 [kg] 5, Søsand [kg] 857,6 795,8 770,9 Perlesten [kg] 359,5 347,4 323,2 Ærtesten [kg] 727,1 702,7 653,6 Af cement blev der ved støbning anvendt Aalborg Portland Rapid Cement, og tilslagsmaterialet var sømaterialer. Der blev anvendt almindeligt postevand. Betonerne blev støbt i starten af projektet og havde derfor ved forsøgens begyndelse en alder på mellem måned og måned. Udover disse 3 betoner blev der til enkelte forsøg også anvendt beton, som blev boret ud af elementer fra tunnelforbindelsen ved Storebælt. Denne beton er længere i sin hærdningsproces end de betoner, der blev støbt til projektet, da den har hærdet i min. 14 år. Betonen fra Storebæltsforbindelsen har et v/c-forhold på 0,35 og er tilsat en trepunktsblanding bestående af puzzolaner, mikrosilica og flyveaske. 3.3 Støbning og klargøring Der blev støbt 12 betoncylindre med en diameter på 10 cm og en højde på 20 cm for hvert af de 3 v/c-forhold. Det første døgn efter støbning blev betoncylindrene opbevaret liggende i støbeformene, indtil de efterfølgende blev afformet og opbevaret i et vandbassin ved 20 C i mindst 28 dage. Dette var for at sikre, at de havde opnået deres 28-døgns styrke, inden der blev arbejdet videre med dem. Efter hærdning blev betoncylindrene skåret til på en stensav, så de fik en højde på mellem 8 cm og 9 cm. Denne højde var nødvendig, for at cylindrene kunne placeres i prøveudstyret. Hullerne på de krumme flader af betoncylindrene blev herefter spartlet med cementpasta med samme v/c-forhold som betonen. Prøverne blev så placeret under plastik i 1-2 t, indtil cementpastaen var startet med at hærde, hvorefter betonprøverne blev sat i vandbassin indtil næste dag. Dernæst blev prøverne malet med 3 lag epoxyharpiks på de krumme flader. Endefladerne blev dækket med aluminiumstape under malingen for at forhindre, at der kom epoxyharpiks på endefladerne. Dette ses i Appendiks I på Foto I.3. Både ved skæring af prøver og når de blev malet, blev det hele tiden sikret, at v/c-forholdet var synligt markeret på selve prøven, så der var styr på, hvilket v/c-forhold

24 8 Kapitel 3. Anvendte betoner den enkelte prøve havde. Kernerne fra storebæltsbetonen blev først udtaget i slutningen i projektforløbet, og prøverne blev derfor kun anvendt til forsøg ved 8 bar med destilleret vand og med saltvand. Kernerne blev også skåret til prøver med en højde på mellem 8 cm og 9 cm og blev ligeledes malet. 3.4 Tidsoversigt for behandling af betonprøver Tabel Tabel 3.5 sammenfatter den behandling, der undervejs i projektet har været af storebæltsbetonen og de udstøbte betonprøver. I Kapitel 6 findes en mere detaljeret gennemgang af behandlingen. Tabel 3.2: Behandling af storebæltsbetoner. Et tal angiver hvor mange dage, en prøve har været udsat for den givne behandling, X angiver, at behandlingen er udført, og - angiver, at den ikke er udført. Behandlingen skete i fortløbende rækkefølge Behandling, storebæltsbeton 8 bar 8 bar 8 bar [Dage] Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 Udboring X X X Opbevaring i 2 lag plastik Skæring af prøve Maling af prøve Opbevaring i 2 lag plastik Forsøg med destilleret vand Forsøg med saltvand Fræsning - - X Udtørring (105 C) Spaltetrækprøvning - - -

25 3.4. Tidsoversigt for behandling af betonprøver 9 Tabel 3.3: Behandling af betonprøver med v/c = 0,35. Et tal angiver hvor mange dage, en prøve har været udsat for den givne behandling, X angiver, at behandlingen er udført, og - angiver, at den ikke er udført. Behandlingen skete i fortløbende rækkefølge Behandling, v/c = 0,35 1 bar 1 bar 1 bar 1 bar 1 bar 1 bar 8 bar 8 bar 8 bar 15 bar 150 bar 150 bar [Dage] Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 Nr. 4 Nr. 5 Nr. 6 Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 Nr. 1 Nr. 1 Nr. 2 Støbning X X X X X X X X X X X X Hærdning i form Hærdning i vandbad (20 C) Skæring af prøve Spartling X X X X X X X X X X X X Hærdning (20 C) Udtørring ved 40 C Vandmætning under vacuum Trykvandmætning ved 150 bar ,5 0, Opbevaring i vand ,5 3, Maling af prøve Opbevaring i 2 lag plastik Forsøg med destilleret vand Forsøg med saltvand Fræsning - - X - X X Udtørring ved 105 C - X X X - Spaltetræksprøvning Skærring af prøve X X - X - X

26 10 Kapitel 3. Anvendte betoner Tabel 3.4: Behandling af betonprøver med v/c = 0,45. Et tal angiver hvor mange dage, en prøve har været udsat for den givne behandling, X angiver, at behandlingen er udført, og - angiver, at den ikke er udført. Behandlingen skete i fortløbende rækkefølge Behandling, v/c = 0,45 1 bar 1 bar 1 bar 1 bar 1 bar 1 bar 8 bar 8 bar 8 bar 15 bar 15 bar 150 bar 150 bar [Dage] Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 Nr. 4 Nr. 5 Nr. 6 Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 Nr. 1 Nr. 2 Nr. 1 Nr. 2 Støbning X X X X X X X X X X X X X Hærdning i form X 1 1 Hærdning i vandbad (20 C) Skæring af prøve X 4 4 Spartling X X X X X X X X X X X X X Hærdning ved 20 C Udtørring ved 40 C Vandmætning under vacuum Trykvandmætning ved 150 bar ,5 0, Opbevaring i vand ,5 3, Maling af prøve Opbevaring i 2 lag plastik Forsøg med destilleret vand Forsøg med saltvand) Fræsning - - X - X X - X - - Udtørring ved 105 C - X X - - X Spaltetrækprøvning X X X

27 3.4. Tidsoversigt for behandling af betonprøver 11 Tabel 3.5: Behandling af betonprøver med v/c = 0,55. Et tal angiver hvor mange dage, en prøve har været udsat for den givne behandling, X angiver, at behandlingen er udført, og - angiver, at den ikke er udført. Behandlingen skete i fortløbende rækkefølge Behandling, v/c = 0,55 1 bar 1 bar 1 bar 1 bar 1 bar 1 bar 8 bar 8 bar 8 bar 15 bar 150 bar [Dage] Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 Nr. 4 Nr. 5 Nr. 6 Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 Nr. 1 Nr. 1 Støbning X X X X X X X X X X X Hærdning i form Hærdning i vandbad ved 20 C Skæring af prøve Spartling X X X X X X X X X X X Hærdning ved 20 C Udtørring ved 40 C Vandmætning under vacuum Trykvandmætning ved 150 bar ,5 0, Opbevaring i vand ,5 3, Maling af prøve Opbevaring i 2 lag plastik Forsøg med destilleret vand Forsøg med saltvand Fræsning - - X - X X - - Udtørring ved 105 C X X X - - X X Spaltetrækprøvning

28

29 13 Kapitel 4 Vandmætning af beton Da beton er et porøst materiale, er det i stand til at optage og binde vand. Fugt kan transporteres gennem beton af flere forskellige årsager, såsom forskel i vandtryk, damptryk, temperatur eller pga. kapillarkræfter, [13, s. 83]. I forsøgene, der udføres i forbindelse med dette projekt, transporteres vand i væskeform igennem beton pga. forskel i vandtryk og pga. kapillarkræfter. 4.1 Kapillarsugning Bringes beton i kontakt med en fri vandoverflade, vil vandet transporteres ind i betonen som følge af kapillarsugning. Da beton er et porøst materiale, indeholder det masser af porer af forskellig størrelse. Som omtalt i Afsnit 3.1 er der tale om porer med små diametre. Dette medfører, at der vil opstå et hydrostatisk undertryk i porerne, når de fyldes med vand, og dette undertryk er netop årsagen til fænomenet kapillarsugning. En vandfyldt pore vil have en krum vandoverflade, en menisk, som vist på Figur 4.1. Figur 4.1: Kapillarpore og de tryk, der påvirker menisken. γ angiver vandets overfladespænding, θ angiver kontaktvinklen, p damp angiver damptrykket, p angiver undertrykket under menisken, h angiver den afstand, som vandet er suget op i kapillarporen, og r pore og r k angiver hhv. porens radius og Kelvins poreradius På Figur 4.1 er vand suget højden h op i en kapillarpore. Vinklen, θ, mellem kapillarrørets overflade og menisken kaldes kontaktvinklen. Radius af kapillarporen, r pore, angiver afstanden fra centrum af poren til indersiden af kapillarrørets overflade. På kapillarrørets indre overflade vil der pga.

30 14 Kapitel 4. Vandmætning af beton fugtligevægt med omgivelserne være adsorberet vandlag, hvis tykkelse, t a, afhænger af den relative luftfugtighed af omgivelserne. Jo højere relativ luftfugtighed, jo mere fugt vil luften indeholde ved en given temperatur, og jo tykkere vil det adsorberede vandlag være. Da menisken dannes uden på det adsorberede vandlag, vil r menisk angive afstanden fra centrum af poren til overfladen af det vandlag, der er adsorberet på porevæggens inderside. Det vil sige, der gælder sammenhængen r pore = r menisk + t a Jo større radius af poren er, jo mindre betydning får tykkelsen af det adsorberede vandlag. Tykkelsen af ét adsorberet vandlag er 0,28 nm, og ved en relativ luftfugtighed på omkring 97% vil der være adsorberet 5 vandlag i en kapillarpore, [13, s. 76]. Dette svarer til, at tykkelsen af det samlede adsorberede vandlag på en indre overflade er 1,40 nm. Hvis poreradius er lille, vil det adsorberede vandlag fylde så meget, at der ikke er plads til at få dannet en menisk, og der kan dermed ikke ske kapillarsugning. Gelporer har som tidligere omtalt en diameter på 0,5 nm - 2,0 nm. Ved en relativ luftfugtighed på 97% vil de adsorberede vandlag udfylde 2,80 nm af porens diameter, og i forhold til gelporerne betyder det, at vandlagene er så tykke, at de når hinanden, dvs. der sker kapillarkondensation. Der er altså ikke mulighed for at ske kapillarsugning i gelporerne ved en relativ luftfugtighed på 97%, da der ikke er plads til at få dannet en menisk. Ved en lav relativ luftfugtighed på omkring 10% vil der være 1 adsorberet vandlag, hvilket svarer til, at 0,56 nm af porens diameter er fyldt, og dermed vil selv de største gelporer kun have 1,44 nm tilovers, hvor der kan dannes en menisk. Om dette er tilstrækkeligt kan diskuteres, og i det flg. ses der derfor udelukkende på kapillarporer, hvor det vurderes, at diameteren er stor nok til, at der kan dannes en menisk, der kan drive kapillarsugningen. Der betragtes kun kapillarporer med en diameter, der betyder, at tykkelsen af det adsorberede vandlag vil være så lille i forhold til porens radius, at forskellen mellem r pore og r menisk er ubetydelig, [13, s. 91]. Hermed kan porens radius jf. Figur 4.1 findes som r pore = r menisk = r k cos(θ) hvor r k angiver Kelvins poreradius, der beskriver meniskens krumningsradius. Da størrelsen af kontaktvinklen typisk ikke kendes, antages den oftest at være 0, hvorved der samlet set gælder, at de tre radiier er ens r = r pore = r k = r menisk (4.1) Betragtes menisken, vil den påvirkes af 2 lodrette kræfter. På grund af damptrykket, p damp, der virker over hele meniskens areal, påvirkes menisken af en nedadrettet kraft, P damp givet ved P damp = p damp π r 2 menisk = p damp π r 2 Desuden påvirkes menisken af en opadrettet kraft, P overflade, pga. overfladespændingen, der virker langs hele porevæggen. Denne er givet ved P overflade = γ cos(θ) 2 r pore π = γ 2 r π Ved kraftligevægt bliver den resulterende kraft på menisken dermed P res = P damp P overflade P res = p damp π r 2 γ 2 r π P res r 2 π = p damp 2 γ r Venstresiden i ovenstående udtryk angiver et tryk, da der er tale om en kraft divideret med et areal. Dette tryk er det resulterende tryk, der påvirker menisken, og dette betegnes p. Hermed fås p = p damp 2 γ r Fortegnet af dette tryk er defineret med positiv opad. Jævnfør (4.2) ses det, at trykket, p, under menisken er mindre end damptrykket, dvs. der er tale om et undertryk i vandet lige under menisken. (4.2)

31 4.1. Kapillarsugning 15 Det er dette undertryk, der forårsager kapillarsugningen. Af (4.2) ses det, at jo større poreradius er, jo mindre bliver undertrykket, og ved porer over en vis størrelse vil der ikke være tilstrækkelig stort undertryk til, at der kan ske kapillarsugning. Der kan matematisk opstilles udtryk, der beskriver, hvor meget vand, Q(t), et porøst materiale vil opsuge som funktion af tiden, samt hvor langt ind i materialet, z(t), vandet vil være nået til tiden t. Situationen på Figur 4.1 betragtes igen, dog med den forskel at poren forestilles at ligge ned, således at kapillarsugningen foregår horisontalt. I forsøgene, der udføres i forbindelse med dette projekt, vil kapillarsugningen foregå vertikalt, men situationen, hvor den foregår horisontalt, er lettere at analysere, da tyngdekraften i så fald ikke har et bidrag ved kraftligevægt. Da tyngdekraftens bidrag i forhold til kapillarkræfterne er betydeligt mindre, vil de resultater, der nås frem til, dog også kunne beskrive vertikal opsugning med nogenlunde tilfredsstillelse. Vandet i kapillarporen forestilles nu at bevæge sig indad i poren med hastigheden v, og afstanden til menisken fra bunden af poren betegnes z. Vandet i kapillarporen påvirkes af 4 kræfter: En kraft pga. det hydrostatiske undertryk under menisken, et damptryk over menisken, et vandtryk fra vandtrykket ved bunden af poren samt en friktionskraft, der virker langs hele porevæggen. Det hydrostatiske undertryk bestemmes jf. (4.2), hvorved der fås, at det tryk, p suc, der eksisterer i vandet lige under menisken i forhold til damptrykket er givet ved p suc = p p damp = 2 γ r Hermed er trykstigningen op gennem vandet i poren givet ved p bund p suc = p suc = 2 γ r hvor der ved det første lighedstegn er gjort den antagelse, at trykket i bunden af poren er så lille i forhold til trykket i toppen af poren, at det kan negligeres. Friktionsmodstanden er givet ved τ = 4 η v t, hvor η er vandets viskositet, [11, s. 201]. Ved at negligere evt. acceleration, da hastigheden er beskeden, fås hermed flg. kraftligevægt for poren 2 γ r π r2 2 π r z(t) τ = 0 (4.3) 2 γ r r = 2 z(t) τ 2 γ r r = 2 z(t) 4 η v t = 0 v = γ r 4 η z(t) Det gælder at v = dz/dt, som ved indsættelse i ovenstående udtryk og ved integration fra 0 til t giver t = 2 η γ r z2 + C z = η r 2 γ t C = t m hvor modstandstallet, m, ved sidste lighedstegn er defineret som m = 2 µ γ r, og integrationskonstanten, C, er sat til 0. Den opsugede vandmængde, Q(t), kan nu beregnes. Det antages, at det forholdsmæssige areal af de porer, der ved kapillarsugning er i kontakt med den fri vandoverflade, svarer til materialets åbne porøsitet, p å, der netop angiver volumenet af de åbne porer i forhold til det samlede volumen. Hermed kan porerne opsuge flg. vandmængde til tiden t t Q(t) = p å z(t) ρ w = p å m ρ w = k t (4.4) hvor det såkaldte kapillaritetstal, k, ved sidste lighedstegn er defineret som k = ρ w p å / m.

32 16 Kapitel 4. Vandmætning af beton Når vandet bevæger sig horisontalt gennem kapillarporen vil friktionsmodstanden på et tidspunkt blive så stor, at kapillarsugningen stopper. Også ved vertikal opsugning vil hastigheden af vandet aftage med tiden, og der vil være en grænse for, hvor stor en stighøjde væskesøjlen i poren kan opnå. Ved udregning af denne maksimale stighøjde ses der typisk bort fra friktionskraften, der ellers ligesom tyngdekraften modvirker opsugningen. Dette gøres for at opnå et lettere beregningsmæssigt udtryk. Da friktionskraften, hvis den medtages, vil resultere i en mindre stighøjde, er det udtryk, der bestemmes ved at se bort fra den, givet som den maksimale stighøjde. Når vægten af væskesøjlen stiger, bevirker det, at en ligevægtstilstand nærmes. På et tidspunkt vil meniskens undertryk ved vertikal kapillarsugning ikke længere kunne bære væskesøjlen. Den maksimale stighøjde af væskesøjlen findes, når den resulterende kraft på væskesøjlen er 0, hvilket svarer til, at væskesøjlen ikke længere er i bevægelse. I denne situation påvirkes væskesøjlen af 4 kræfter: En opadrettet kraft ved menisken pga. det undertryk, p, der eksisterer her, et damptryk over meniksen, p damp, en kraft fra vandtrykket i bunden af poren og en nedadrettet kraft pga. væskesøjlens vægt. Jævnfør overvejelserne og udregningerne, der ledte til (4.3), fås tilsvarende her, at kraftligevægt på væskesøjlen bliver 2 γ r π r2 (ρ w g h) π r 2 = 0 2 γ r = ρ w g h h = 2 γ r g ρ w (4.5) hvor g er tyngdeaccelerationen, og ρ w er vandets densitet. Typiske værdier for koefficienterne i (4.5) er jf. [13, s. 94] givet ved γ = 0, 0735 N/m, ρ w = 1000 kg/m 3 og g = 9, 81 m/s 2, hvorved der fås h = 1, r Kapillarporer i beton har jf. Afsnit 3.1 en radius på mellem r = 2, 0 nm og r = 5, 0 µm. Ved indsættelse i ovenstående udtryk fås dermed en maksimal stighøjde på mellem h = 3, 0 m og h = 7, m. Kapillarporerne er i virkeligheden ikke så retlinede som tilfældet på Figur 4.1, og derfor vil opsugningen ikke foregå helt så højt. Dog vil den foregå højt nok til, at der sker kapillarsugning i de forsøg, der udføres i dette projekt Kapillarsugningsforsøg og kapillaritetstal Kapillarsugningsforsøg foretages ved, at et prøveemne sættes i kontakt med en fri vandoverflade, og herefter vejes prøveemnet på forskellige tidspunkter. Det er især vigtigt at få mange måleresultater i starten af forsøget, da vægtændringen her er mest markant. Efterhånden som prøven har opsuget vand, vil vægtændringen stabiliseres. Typisk foretages de første målinger efter 1 min, 2 min, 4 min, 8 min osv., dvs. ved en fordobling af tiden, indtil der er gået ca. 4 timer. Resultaterne afbildes i et ( t, Q)-koordinatsystem. Q angiver, hvor meget vand prøveemnet har opsuget pr. areal og kan ud fra forsøgsresultater beregnes ved Q = m t m 40 (4.6) A hvor m t angiver prøveemnets masse (kg) til tiden t, m 40 angiver prøveemnets startmasse (kg) efter udtørring ved 40 C, og A angiver prøveemnets opsugningsareal (m 2 ), [1]. Forklaringen på, at Q afbildes som funktion af t, er givet ved (4.4), da der er en lineær sammenhæng mellem Q og t. Figur 4.2 viser resultatet fra et typisk kapillarsugningsforsøg afbildet i et ( t, Q)-koordinatsystem.

33 Kapillarsugningsforsøg og kapillaritetstal 17 Figur 4.2: Typisk eksempel på resultat af kapillarsugningsforsøg. Bottleneck punktet har koordinatsættet ( t kap, Q kap ) Den stiplede blå linje på Figur 4.2 viser det ideelle, teoretiske, udseende af opsugningsforløbet. Sammenhængen mellem t og Q er lineær indtil det punkt, hvor alle de største kapillarporer er vandfyldte. Herefter knækker kurven, og et nyt lineært forløb indtræder, hvor hældningen er markant mindre end før knækket. På denne strækning er det de mindste kapillarporer og gelporerne, der fyldes med vand, hvilket er en meget langsom proces. Det punkt, der markerer overgangen mellem, at de største og mindste kapillarporer fyldes med vand, betegnes bottleneck punktet. Dette punkt har koordinaterne ( t kap, Q kap ). Q kap angiver således den maksimalt opsugede masse pr. opsugningsareal, når prøveemnets største porer er vandfyldte. Når vægtændringen ikke overstiger 0,01 vægt-% pr. døgn, antages det, at bottleneck punktet er nået. I Afsnit er der en mere uddybende diskussion af hvilke porer, der fyldes før og efter bottleneck punktet, herunder i relation til det ydre tryk, der påvirker prøven. I virkeligheden vil kurver optegnet på baggrund af resultater fra kapillarsugningsforsøg sjældent følge det ideelle forløb, og de vil ikke have så markant et knæk. Dette er illustreret med den sorte graf på Figur 4.2. Afvigelsen i forhold til kurvens forløb skyldes, at ikke alle porer fyldes lige hurtigt, og at især de helt små porer kan være lang tid om at blive fyldte, [4, s. 6]. Afvigelsen fra den lineære sammenhæng mellem t og Q kan endda være endnu mere markant end tilfældet er på Figur 4.2. Typisk tilnærmes kurven optegnet på baggrund af kapillarsugningsforsøg vha. to rette tangenter, hvorved kurvens forløb får samme udseende som det ideelle tilfælde. Disse to tangenter skærer hinanden i bottleneck punktet. Hældningen af linjestykket, der tangerer kurven før bottleneck punktet, angiver jf. (4.4) kapillaritetstallet og er ud fra grafen på Figur 4.2 givet ved k = Q kap tkap (4.7) Kapillaritetstallet er et udtryk for, hvor hurtigt et materiale vil opsuge vand. Et højt kapillaritetstal angiver, at opsugningen foregår hurtigt, mens et lavt kapillaritetstal modsat angiver, at opsugningen foregår langsomt. For beton varierer kapillaritetstallet alt efter betonens v/c-forhold. Jo højere v/c-forhold, jo større kapillaritetstal, dvs. jo hurtigere vil betonen opsuge vand. Dette hænger sammen med, at betoner med et højt v/c-forhold har en større porøsitet og indeholder flere kapillarporer, der hurtigt fyldes med vand, [13, Tabel 5.8]. For beton varierer kapillaritetstallet typisk mellem 0,01-0,3 kg/(m 2 s 1/2 ), [13, Tabel 5]. Undertiden er den lineære tendens, der bør fremtræde ved de første målinger, ikke særlig klar, når opsugningsforløbet afbildes i et ( t, Q)-koordinatssytem. I så fald kan opsugningsforløbet i stedet afbildes i et (t, Q 2 )-koordinatsystem, hvilket kan resultere i, at det indledende lineære forløb bliver mere tydeligt, [1, s. 4]. Ved denne type afbildning behøver opsugningsgrafen ikke at gå igennem

34 18 Kapitel 4. Vandmætning af beton (0,0). Foretages i stedet denne afbildning, er det vigtigt at huske, at hældningen på det første lineære stykke angiver kvadratet på kapillaritetstallet, idet Q = k t Q 2 = k 2 t. 4.2 Vandmætning af beton Når beton udsættes for kapillarsugningsforsøg, vil vægtændringen som nævnt stabilisere sig efter et vist tidsrum, svarende til at Q kap er nået. Herefter vil de mindste porer fyldes med vand, hvilket er en langsom proces. Ifølge HETEK, [10, s. 32], skal standardiserede kapillarsugningsforsøg vare 400 t, hvilket svarer til ca. 17 døgn, da det herefter forventes, at der er tale om vægtkonstant. Hvis kapillarsugningsforsøgene i stedet stod i flere år, ville den sidst opnåede Q-værdi være højere end Q kap, hvilket skyldes, at flere af de mindste porer langsomt var blevet fyldt med vand. Udsættes beton for et overtryk, vil denne proces naturligt nok fremskyndes, da trykforskellen mellem trykket i porerne og det ydre tryk bliver større. Da vandmætning af beton er nødvendigt for, at chlorider kan trænge ind i betonen, er det af stor interesse at fastlægge, hvor hurtigt beton vandmættes. Det anvendte forsøgsudstyr i forbindelse med dette projekt kan maksimalt klare et vandtryk på 150 bar. Derfor vandmættes prøverne i dette projekt ved 150 bar, og den hermed opnåede Q-værdi antages at svare til den maksimalt mulige. Principielt ville graferne optegnet på baggrund af kapillarsugningsforsøg nå samme Q-værdi, hvis de stod længe nok. Kendes hældningen på linjestykket efter bottleneck punktet, er det muligt at lave en teoretisk fremskrivning til, hvornår den maksimale Q-værdi nås. Samme teoretiske fremskrivning kan naturligvis udføres for ( t, Q)-grafer, der er optegnet på baggrund af forsøg, hvor betonerne er udsat for andre tryk end 1 bar Undertryk i porer Det tryk, der eksisterer i porerne i forhold til det omgivende atmosfæretryk, er jf. (4.2) givet ved p = p suc = p p atm = 2 γ r hvor p suc angiver det såkaldte suctionstryk. Som det ses af fortegnet i (4.8), er der tale om et undertryk. Da vand ved 20 C har en overfladespænding på 0, 0735 N/m, kan det undertryk, der findes i porerne, teoretisk set udregnes som 2 0, 0735N/m 0, 147N/m p suc = = r r Som tidligere omtalt har gelporerne så lille en diameter, at tykkelsen af de adsorberede vandlag risikerer at betyde, at der ikke er mulighed for meniskdannelse og dermed for kapillarsugning. (4.9) vil derfor ikke blive anvendt i forbindelse med bestemmelse af trykket i gelporerne. At der ikke nødvendigvis vil ske kapillar vandtransport ind i gelporerne betyder dog ikke, at vand slet ikke kan trænge ind i porerne. Der findes teorier, der forklarer, hvorledes de adsorberede vandlag kan medvirke til vandtransporten. Dette er dog ikke relevant i forbindelse med dette projekt. Det relevante er, at gelporerne vil kunne fyldes med vand, men det er en meget langsom proces, og det sker først efter, at bottleneck punktet er indtruffet. Jævnfør Afsnit 3.1 har kapillarporerne en diameter på 2,0 nm - 5,0 µm. De undertryk, der eksisterer i porer med en diameter på 2,0 nm, 10 nm, 100 nm og 5 µm, er jf. (4.9) p d=2,0nm suc = 1, atm p d=10nm suc = 290 atm psuc d=100nm = 29, 0 atm psuc d=5,0µm = 0, 580 atm Jo mindre porerne er, jo større undertryk findes i dem, og jf. ovenstående ses det, at de mindste kapillarporer har et undertryk på ca gange atmosfæretrykket. Det vil sige, at de mindste porer udøver en større trækkraft på vandet end de største porer. På trods af at det største undertryk findes i de mindste porer, vil disse porer være længst tid om blive fyldt med vand, og ofte er der tale om en meget langsom proces for selv de mindste kapillarporer. Det skyldes, at vandet har en lang og snørklet vej indtil porerne. (4.8) (4.9)

35 Ydre tryk til vandmætning af beton Ydre tryk til vandmætning af beton Betragtes en pore med radius, r, vil p suc angive det hydrostatiske undertryk, der findes i poren. Er der tale om en lille værdi af p suc, vil det dog tage meget lang tid, før poren fyldes med vand. Påsættes i stedet et ydre tryk, der netop svarer til p suc, vil poren teoretisk set hurtigt fyldes med vand, da den pågældende pore netop oplever, at vandet presses ind med samme tryk, som poren selv trækker med vandet i, dvs. p ydre = p suc (4.10) Ved et ydre tryk på 290 atm, betyder det jf. ovenstående, at porer med en diameter på 10 nm og derover hurtigt vandmættes. Ved et ydre tryk på 29,0 atm, er det derimod porer med en diameter på 100 nm og derover, der hurtigt bliver vandfyldte. Ved standard kapillarsugningsforsøg (1 bar) betyder det jf. (4.10) og (4.9), at porer med en diameter på 2,9 µm og derover hurtigt vil vandmættes. Kapillarporer med en diameter på mindre end 2,9 µm vil derimod være længere tid om at blive vandfyldte. Dette er naturligvis en meget grov opdeling, der afhænger af, hvad der forstås ved hurtig contra langsom opsugning. Resultatet bør nærmere fortolkes i sammenhæng med en kapillarsugningsgraf. Det første lineære stykke inden bottleneck punktet markerer, at de største kapillarporer med en diameter på 2,9 µm og derover bliver vandfyldte, hvorimod stykket efter bottleneck punktet markerer vandmætningen af kapillarporerne med en diameter mindre end 2,9 µm og gelporerne. De to lineære tendenser er som beskrevet under Afsnit sjældent så tydelige, som det ideelle tilfælde foreskriver. Dette skyldes netop som beskrevet den forskel, at opsugningen foregår med forskellig hastighed ved de forskellige porestørrelser. Ved et ydre tryk på 150 bar, som betonerne i dette projekt maksimalt udsættes for, er det jf. (4.10) muligt at vandmætte porer med en radius ned til 9,7 nm, dvs. en diameter på 19,4 nm. Da kapillarporer har en diameter ned til 2,0 nm, er det selv ved et overtryk på 150 bar ikke muligt hurtigt at vandmætte alle kapillarporer, jf. også udregningerne i Afsnit Kapillær vandmætningsgrad og trykvandmætningsgrad Ud fra resultaterne opnået ved kapillarsugningsforsøg er det ofte interessant at kende den såkaldte kapillære vandmætningsgrad, S kap, der angiver betonens aktuelle fugtindhold i forhold til betonens fugtindhold, når den har nået Q kap S kap = m t m 0 m kap m 0 (4.11) hvor m t angiver massen (kg) til tiden t, m kap angiver prøvens masse (kg) til tiden t kap, og m 0 angiver tørmassen (kg). Tørmassen bestemmes ved udtørring af betonen ved 105 C i min. 3 døgn. Når prøven når Q kap, vil S kap altså være 1. Som omtalt i forbindelse med Afsnit 4.2 vil prøven dog kunne suge mere vand end indtil m kap, hvis den udsættes for et ydre tryk større end atmosfæretrykket. Hvis prøven ved et ydre tryk på 150 bar opnår massen m 150 vil trykvandmætningsgraden være defineret som S tryk = m t m 0 m 150 m 0 (4.12) Ved trykforsøgene på 150 bar vil prøverne kunne opnå, at trykvandmætningsgraden er lig 1, men ved lavere tryk vil S tryk altid være mindre end 1.

36

37 21 Kapitel 5 Chlorider og chloriddiffusion i beton 5.1 Chlorider i beton Chloridioner, Cl, transporteres gennem beton via betonens porevand, og chloridionerne kan dermed kun trænge ind i en fugtig beton [15, s. 2]. Chlorider, der trænger ind i betonkonstruktioner, kan have afgørende betydning for betonens levetid. Når chloridkoncentrationen i betonen stiger, vil porevandets ph-værdi falde, hvilket bevirker, at det passiverende lag, der eksisterer omkring armeringen pga. cementpastaens høje ph-værdi, nedbrydes. Dette initierer korrosion af armeringen, hvorved betonens levetid er opbrugt, [7, s. 23]. Især inden for den seneste årrække har der været stor fokus på, hvordan man kan forudsige chloridindtrængning i betonkonstruktioner, der er chlorideksponerede, såsom betonkonstruktioner i havvand eller betonkonstruktioner i nærheden af veje, hvor der saltes. For at kunne estimere levetiden på baggrund af chloridindtrængningen er det dels nødvendigt at kende chloridkoncentrationens forløb gennem betonen og dels at kende den såkaldt kritiske chloridkoncentration, der angiver den grænseværdi, der vil føre til korrosion af armeringen. Den kritiske chloridkoncentration er imidlertid ikke særlig veldefineret, og der er ikke fastlagt ét endeligt udtryk, der kan benyttes til bestemmelse af, hvornår korrosionsprocessen starter. Dette skyldes, at det endnu ikke er lykkedes at fastlægge, hvorledes grænseværdien påvirkes af forskellige faktorer såsom betonens ph-værdi, størrelsesordenen af chloridkoncentrationen, armeringsjernets potentiale mv. Der findes flere forskellige modeller, der forsøger at fastlægge den kritiske chloridkoncentration. En af de mest kendte og anvendte er Hausmanns kriterium, der påstår, at korrosionsprocessen starter, hvis forholdet mellem koncentrationen af chlorid- og hydroxidioner overstiger 0,6, dvs. hvis Frie og bundne chloridioner [Cl ] [OH ] > 0, 6 Chloridionerne, der findes i beton, kan enten være såkaldt frie eller bundne chlorider. De frie chlorider er opløst i porevandet og transporteres via dette ind gennem betonen. De bundne chlorider er derimod, som navnet også antyder, bundet til cementgelen enten ved at have reageret med cementen eller ved at være adsorberet på cementpartiklernes overflade, [9, s. 56]. Den totale chloridkoncentration i beton kan dermed udtrykkes som C tot = C b + C f hvor C b og C f angiver koncentrationen af hhv. de bundne og de frie chlorider. Chloridbinding er vigtig i forbindelse med korrosion. De bundne chlorider er ikke skadelige for armeringen, idet de ikke medvirker til at sænke porevandets ph-værdi, og derfor er de med til at forsinke korrosionsprocessen, [14, s. 8]. Der antages typisk at gælde en ligevægtstilstand mellem antallet af frie chlorider og antallet af bundne chlorider, således at koncentrationen af frie chlorider under visse givne forhold vil svare til en bestemt koncentration af bundne chlorider.

38 22 Kapitel 5. Chlorider og chloriddiffusion i beton 5.2 Chloriddiffusion og Fick s 1. og 2. lov Chloridtransport gennem betonkonstruktioner såsom en betonvæg kan skyldes, at chlorider transporteres ind i betonen sammen med vand enten ved kapillarsugning eller pga. trykforskelle som omtalt i Kapitel 4. Derudover vil chlorider transporteres ind i beton som følge af diffusion. Det vil sige, at chloridionerne vandrer gennem betonen pga. en chloridkoncentrationsforskel. Diffusion af chlorider vil optræde, så snart beton på den ene side er ekponeret for en højere koncentration af chlorider end på den anden side. Dette er f.eks. tilfældet med en betontunnelvæg, der er placeret i havvand. Her vil chloridioner vandre gennem betonen pga. den chloridkoncentrationsforskel, der eksisterer omkring begge sider af betonvæggen. Den side, der er i kontakt med havvandet, er udsat for en konstant chloridpåvirkning, mens væggens anden side, dvs. indersiden af væggen, ikke er i umiddelbar kontakt med noget havvand. Tyskeren Adolf Fick fremlagde allerede i 1855 sine love for diffusion i en vandig opløsning. Hvis det antages, at beton er vandmættet, kan diffusion af chloridioner i beton beskrives vha. Fick s 1. og 2. lov, idet begge love beskriver chloridkoncentrationen et givet sted i betonen, dog under forskellige antagelser Fick s 1. lov Antages det, at der er tale om en stationær transport, kan chloridtransporten beskrives ved Fick s 1. lov. At der er tale om en stationær transport vil sige, at der er konstante forhold til stede, og at der dermed er en konstant chloridtransport gennem betonen. Fick s 1. lov lyder F = D F 1 dc dx (5.1) hvor F er flowet af chloridioner (kg/(m 2 s)), C er chloridkoncentrationen (kg/m 2 ), x er afstanden fra overfladen (m), og D F 1 er chloriddiffusionskoefficienten for chloridioner (m 2 /s). Chloriddiffusionskoefficienten antages at være konstant, og hvis chloriddiffusionskoefficienten er lille, vil flowet og dermed chloriddiffusionen være lille. Hvis der skal være konstante forhold til stede i forbindelse med chloriddiffusion, betyder det bl.a., at chloriderne skal forsvinde, når de er diffunderet gennem betonen, således at flowet kan forblive konstant. At beskrive chloriddiffusion i beton vha. Fick s 1. lov, vil i langt de fleste tilfælde være oversimplificeret og typisk anvendes Fick s 2. lov i stedet Fick s 2. lov Er der ikke tale om konstante forhold, men afhænger forholdene af tiden, vil der være tale om en instationær transport. Fick s 2. lov beskriver diffusion under instationære forhold, dvs. der tages højde for, at flowet ikke er konstant, men afhænger af tiden. Fick s 2. lov lyder dc dt = D d 2 C F 2 dx 2 (5.2) hvor C er chloridkoncentrationen i betonen (kg/m 3 ), t er den tid, hvor betonen har været udsat for chloridpåvirkning (s), x er afstanden fra overfladen (m), og D F 2 er chloriddiffusionskoefficienten for chloridioner (m 2 /s). Chloriddiffusionskoefficienten antages her at være konstant. Der knytter sig forskellige begyndelses- og randbetingelser til (5.2). Chloridkoncentrationen, C, inde i betonen er ikke påvirket af den ydre chlorideksponering umiddelbart, når betonen sættes i forbindelse med chloriderne, dvs. der gælder C(x, t = 0) = C 0, hvor C 0 er betonens oprindelige chloridkoncentration (kg/m 2 ). C s angiver chloridkoncentrationen på betonens overflade, der er eksponeret for chlorider, dvs. C(x = 0, t) = C s. Det er værd at bemærke, at C s sjældent svarer til chloridkoncentrationen i det stof/væske, som betonen påvirkes af. Er betonen f.eks. placeret i havvand, vil C s ikke umiddelbart svare til chloridkoncentrationen i havvandet, men typisk antage en højere værdi. Dette skyldes, at chloriderne hober sig op på overfladen pga. bølgeskvulp eller lign.

39 5.3. Chloridprofiler og fejlfunktionsløsningen 23 Idet det antages, at betonen, som chloriderne diffunderer gennem, kan opfattes som et halvuendeligt medium, dvs. at den strækning, som chloriderne trænger ind i betonen, er meget mindre end betonens tykkelse, kan løsningen til (5.2) udtrykkes som en fejlfunktionsløsning, idet der er anvendt de oven for nævnte begyndelses- og randbetingelser, [9, s. 58] C (x,t) C 0 C s C 0 [ ] x = 1 erf 2 (D F 2 t) hvor C (x,t) er chloridkoncentrationen ved x til tiden t, og erf(y) er fejlfunktionen. Løsningen kan også opskrives vha. den komplementære fejlfunktion, der er givet ved erfc(y) = 1 erf(y) (5.3) dvs. (5.3) kan også skrives som C (x,t) C 0 C s C 0 [ ] x = erfc 2 (D F 2 t) (5.4) Problemet med (5.4) er, at formlen ikke tager hensyn til den chloridbinding, der vil finde sted. Der er forsøgt opstillet mange avancerede modeller, der på den ene eller anden måde forsøger at tage hensyn til chloridbindingen. Nogle modeller arbejder med en tilsyneladende chloriddiffusionskoefficient, der kombinerer den indflydelse, faktorer såsom alder, temperatur, ph-værdi, fugtindhold osv. har på diffusionen og dermed på chloriddiffusionskoefficienten. Det er dog værd at bemærke, at ingen af de modeller, der er til rådighed, er perfekte, og der vil derfor ikke blive anvendt nogle af disse modeller i dette projekt, da de stadig er årsag til uenighed og diskussion. I stedet forsøges virkeligheden tilnærmet til den mest basale model, der er til rådighed - nemlig Fick s 2. lov. Analyse af de resultater, der opnås i dette projekt vil derfor ske med udgangspunkt i fejlfunktionsløsningen til Fick s 2. lov, dvs. med udgangspunkt i (5.4). I de næste afsnit ses der nærmere på fejlfunktionsløsningen for at få en forståelse af, hvordan de indgående parametre spiller sammen og således være bedre i stand til at anvende løsningsmodellen, når der foreligger måledata, der skal analyseres. 5.3 Chloridprofiler og fejlfunktionsløsningen Fejlfunktionsløsningen givet ved (5.4) kan omskrives således, at koncentrationen C (x,t) isoleres, da det typisk er denne, man er interesseret i [ ] x C (x,t) = (C s C 0 ) erfc 2 + C 0 (5.5) (D F 2 t) Til et givet tidpunkt og i en given afstand fra den chlorideksponerede overflade ses det, at chloridkoncentrationen afhænger af parametrene C 0, C s og D F 2. Som tidligere nævnt udtrykker C 0 betonens oprindelige chloridindhold i det pågældende punkt, dvs. denne parameter kendes eller kan måles på forhånd, og typisk antager den værdien 0, hvis der ikke anvendes tilslag, der indeholder chlorider, eller hvis der ikke direkte tilsættes chlorider. Chloridkoncentrationen afhænger således af de 2 ukendte parametre C s og D F 2. Disse parametre kan bestemmes vha. chloridprofiler således, at det teoretiske chloridforløb gennem betonen bedst muligt fitter det målte Chloridprofiler Chloridprofiler bruges til at få et billede af variationen af chloridkoncentrationen ind gennem betonen til et givent tidspunkt, idet de afbilder chloridkoncentrationen som funktion af afstanden fra den chlorideksponerede overflade. Chloridprofilerne optegnes på baggrund af måleresultater fra forsøg, hvor et betonemne fræses i et givent antal portioner, hvis afstand x er opmålt i forhold til den side af betonen, der har været i kontakt med chloridionerne. Chloridindholdet af de enkelte portioner måles, hvorved det er muligt at optegne profilet. Et eksempel på et chloridprofil optegnet på baggrund af forsøgsresultater ses på Figur 5.1.

40 24 Kapitel 5. Chlorider og chloriddiffusion i beton Figur 5.1: Eksempel på chloridprofil, [14] Chloridprofilerne giver et samlet billede af koncentrationen af det totale indhold af chlorider uden at skelne mellem, om der er tale om frie eller bundne chlorider. Globalt set aftager chloridkoncentrationen jo længere ind i betonen, der betragtes, og hældningen på kurven bliver ligeledes mindre ved større dybder. Chloridkoncentrationen vil asymptotisk nærme sig betonens initielle chloridindhold. Typisk vil chloridprofiler som tilfældet på Figur 5.1 have et lokalt maksimum et lille stykke inde i betonen. Det kan skyldes flere forskellige faktorer. For eksempel variationer i vejrforhold, der kan medføre fordampning af chloriderne, eller at chloriderne i den yderste del af betonen udvaskes. Desuden kan det skyldes karbonatisering af betonen, [14, s. 10] Fejlfunktionsløsningen Fejlfunktionsløsningen anvendes til at opnå et matematisk udtryk, der beskriver variationen i chloridkoncentration ind gennem beton. På baggrund af et optegnet chloridprofil kan en tilnærmet kurve til punkterne bestemmes jf. (5.5). Hvis det optegnede chloridprofil har et lokalt maksimum som tilfældet i Figur 5.1, ser man ved fitting typisk bort fra punkterne til venstre for det lokale maksimum. Som tidligere omtalt er der to parametre, C s og D F 2, der kan varieres, så kurven fitter punkterne bedst muligt. For at få en forståelse for disse parametres indflydelse på udseendet af kurven, vil vi med udgangspunkt i artiklen Chloridundersøgelser på Farø broerne, [16], genskabe de pågældende chloridprofiler ud fra kendskab til målepunkter, chloriddiffusionskoefficienter og C s -værdier. Der er i artiklen optegnet 3 chloridprofiler udarbejdet på baggrund af måledata over chloridindholdet i betonen anvendt ved Farøbroen i 3 forskellige koter. Disse profiler er blevet forstørret, hvorved det har været muligt at aflæse koordinaterne for de enkelte målepunkter og dermed genskabe chloridprofilerne. Jævnfør (5.5) har vi derefter været i stand til at optegne det teoretiske chloridprofil. I [16, Tabel 1] er chloriddiffusionskoefficienterne angivet for de pågældende koter som et interval. C s -værdierne er ligeledes angivet i [16, Tabel 1] i et interval for den pågældende kote. Til genskabelsen af chloridprofilerne er C s dog direkte aflæst på de pågældende profiler, da tallet som nævnt angiver chloridindholdet ved x = 0 m, dvs. skæringen med 2. aksen. Det antages, at betonen initielt ikke har indeholdt chlorider, dvs. C 0 = 0. Ved opstillingen af fejlfunktionsløsningen anvendes det, at betonen har en alder på 9 år, hvilket svarer til t = 2, s. Hermed fås flg. 3 matematiske udtryk, der tilnærmer chloridprofilet bedst muligt. De er i det flg. angivet for profilerne for hhv. kote 0.35, kote -1.3 og kote 4. C (x,9år) = 1, 02 erfc x (5.6) 2 (6, m 2 s 2, s)

41 Fejlfunktionsløsningen 25 C (x,9år) = 1, 03 erfc x (5.7) 2 (8, m 2 s 2, s) C (x,9år) = 0, 38 erfc x (5.8) 2 (3, m 2 s 2, s) I de 3 ovenstående udtryk er den første faktor givet med enheden vægt% Cl af betonen. Plottes disse teoretiske profiler sammen med målepunkterne, fås chloridprofilerne vist på Figur 5.2, Figur 5.3 og Figur 5.4 Figur 5.2: Målt og beregnet chloridprofil, Farøbroen kote 0,35 Figur 5.3: Målt og beregnet chloridprofil, Farøbroen kote -1,3

42 26 Kapitel 5. Chlorider og chloriddiffusion i beton Figur 5.4: Målt og beregnet chloridprofil, Farøbroen kote 4 Sammenlignes disse profiler med chloridprofilerne i [16], vurderes de at stemme overens. Det er værd at bemærke, at de målte profiler på Figur 5.3 og Figur 5.4 følger det forløb, der er angivet og omtalt i forbindelse med Figur 5.1, da der ses et lokalt maksimum et stykke inde i betonen. Ved optegning af det teoretiske profil er der set bort fra målepunkterne til venstre for toppunktet, og kurven dannes, så den kun fitter punkterne til højre for. Ud fra en serie målepunkter, der til et givet tidspunkt og et givet sted i betonen relaterer chloridindholdet, har det således været muligt at fastlægge værdier for C s og D F 2. Hermed er det muligt at opstille teoretiske udtryk, der beskriver variationen i chloridindhold gennem betonen til et vilkårligt tidspunkt C (x,9år) = 1, 02 erfc x (5.9) 2 (6, m 2 s t) C (x,9år) = 1, 03 erfc x (5.10) 2 (8, m 2 s t) C (x,9år) = 0, 38 erfc x (5.11) 2 (3, m 2 s t) hvor den første faktor er angivet med enheden vægt% Cl af betonen. I disse udtryk antages det imidlertid, at chloriddiffusionskoefficienten er konstant og ikke afhænger af tiden. Dette er typisk en tilnærmelse til virkeligheden, hvilket omtales nærmere i Afsnit Følsomhedsanalyse af fejlfunktionsløsningen og dens parametre Det vanskelige ved arbejdet med fejlfunktionsløsningen er bestemmelsen af de 2 ukendte parametre C s og D F 2, således at fejlfunktionsløsningen vil fitte chloridprofilet bedst muligt, når der ses på alle punkter. Ud fra 2 målepunkter er det i princippet muligt at opstille 2 ligninger med 2 ubekendte, der kan løses, nemlig 2 udtryk for fejlfunktionsløsningen, der kan løses i hht. C s og D F 2. Problemet er, at løsningen i så fald vil fitte disse 2 målepunkter godt, men dermed er det ikke sikkert, at løsningen fitter resten af målepunkterne bedst muligt. Man er således nødt til at inddrage og forholde sig til alle målepunkter på én gang ved bestemmelsen af C s og D F 2. C s angiver som tidligere nævnt skæringen med 2. aksen. En ændring i C s -værdien vil altså medføre, at grafen for fejlfunktionsløsningen forskydes op eller ned. Jævnfør (5.5) vil der ikke være tale om en parallelforskydning, da C s ganges på det led, hvori fejlfunktionen og x-værdien også indgår. Figur 5.5 illustrerer fejlfunktionsløsningen for 4 forskellige C s -værdier i forbindelse med chloridprofilet for Farøbroens kote -1,3. Det teoretiske chloridprofil for C s = 1, 03 vægt% Cl af

43 Følsomhedsanalyse af fejlfunktionsløsningen og dens parametre 27 betonen svarer til profilet vist i Figur 5.3. Desuden er der optegnet profiler for C s = 0, 50, C s = 0, 80 og C s = 1, 20 vægt% Cl af beton. Figur 5.5: Variation i C s -værdi, Farøbroen kote -1,3 Af Figur 5.5 ses det som forventet, at jo større C s -værdi, jo højere skærer grafen 2. aksen. Derimod bliver forskellen mellem de enkelte grafer mindre og mindre, jo større x-værdierne bliver, og i tilfældet på Figur 5.5 er graferne stort set sammenfaldende for x = 42 mm. Chloriddiffusionskoefficienten indgår i nævneren under kvadratrodstegnet i (5.5), og det er således umiddelbart ikke ligetil at gennemskue, hvilken indflydelse den har på udseendet af fejlfunktionsløsningen. Ved at ændre på værdien for D F 2 i udtrykket for fejlfunktionsløsningen for Farøbroens kote -1,3 fås en idé om chloriddiffusionskoefficientens betydning. Figur 5.6 viser de teoretiske profiler for 4 forskellige værdier af D F 2. Det teoretiske chloirdprofil for D F 2 = 6, m2 s svarer til profilet vist i Figur 5.3. Figur 5.6: Variation i chloriddiffusionskoefficient, Farøbroen kote -1,3 Af Figur 5.6 ses det som forventet, at en ændring af chloriddiffusionskoefficienten ikke har betydning for skæringen med 2. aksen. Jo større chloriddiffusionskoefficienten er, jo højere er chloridkoncentrationen i alle punkter i betonen. Derudover antyder de forskellige grafer i Figur 5.6, at en lille chloriddiffusionskoefficient medfører, at grafen for fejlfunktionsløsningen har et mere markant knæk, der adskiller en større hældning ved små x-værdier og en mindre hældning ved store x-værdier. Jo større chloriddiffusionskoefficient, jo mere flader grafen derimod ud. Ønsker man derfor, at grafen skal forskydes nedad og flade mere ud, skal C s -værdien sænkes, mens D F 2 skal forøges. Skal grafen derimod forskydes nedad, men have et mere markant knæk,

44 28 Kapitel 5. Chlorider og chloriddiffusion i beton skal både C s -værdien og D F 2 sænkes. Figur 5.7 illustrerer dette for Farøbroens chloridprofil i kote -1,3, hvor udgangspunktet er den røde graf med C s = 1, 03 vægt% af beton og D F 2 = 8, m2 s. Figur 5.7: Variation i chloriddiffusionskoefficient og C s -værdi, Farøbroen kote -1,3 5.4 Chloriddiffusionskoefficientens variation Chloriddiffusionskoefficienten beskriver, hvor modstandsdygtig en beton er over for chloridtransport. Jo lavere chloriddiffusionskoefficienten er, jo bedre er betonen til at modstå chloriddiffusion. Bestemmelse af chloriddiffusionskoefficienten er derfor af stor interesse, da den karakteriserer betonen ligesom v/c-forhold mv. Ved opskrivning af Fick s love antages det, at chloriddiffusionskoefficienten er en materialekonstant. Typisk varierer den for beton mellem m2 s, [15, s. 4], og i Tabel 2.1 er der givet konkrete værdier relateret til forskellige v/c-forhold. Chloriddiffusionskoefficientens enhed, m2 s, afslører, at tallet afhænger af betonens overfladeareal, dvs. porøsitet. Jo mere porøs en beton er, jo lettere har chloriderne ved at bevæge sig gennem porevandet, og dermed vil chloriddiffusionskoefficienten være stor. Det vil sige, at betoner med et højt v/c-forhold kan forventes at have en stor chloriddiffusionskoefficient, [15, s. 4]. At antage at chloriddiffusionskoefficienten er en materialekonstant er en grov tilnærmelse til virkeligheden. Forsøg har jf. [14, s. 24] vist, at den afhænger af mange forskellige faktorer heriblandt betonens - alder - temperatur - bindingskapacitet - fugtindhold - chloridkoncentration - ph-værdi At de teoretiske udtryk for chloridprofilerne, dvs. udtrykkene (5.9), (5.10) og (5.11), skulle beskrive chloridkoncentrationen til et vilkårligt tidspunkt, er derfor ikke nødvendigvis rigtigt. Her er chloriddiffusionskoefficienten bestemt på baggrund af en række måledata for et bestemt tidspunkt. Da f.eks. betonens alder kan have indflydelse på chloriddiffusionskoefficienten betyder det, at samme chloriddiffusionskoefficient ikke nødvendigvis gælder til alle tidpunkter, t.

45 29 Kapitel 6 Fremgangsmåde for udførelse af forsøg Som start på projektet blev der lavet en oversigt over hvilke forsøg, der ønskedes udført for de forskellige betoner. Denne ses i Bilag C. Generelt var der et ønske om, at der ved alle vand- og chloridindtrængningsforsøg blev sat 2 prøver af samme v/c-forhold over, for at minimere målefejl i resultaterne. I nogle forsøg har dette dog ikke kunnet lade sig gøre pga. tidsbegrænsninger på projektet. Ved chloridforsøgene ved 8 bar blev der dog kun anvendt én prøve for hvert v/c-forhold. Ligeledes blev der kun målt chloridindholdet i én af prøverne anvendt til kapillarsugningsforsøgene, hvilket skyldtes tidsmæssige årsager. Bilag C viser hvilke forsøg, der rent faktisk er blevet udført. Inden de endelige forsøg blev udført, blev der lavet nogle forforsøg med betoner med samme v/c-forhold, som blev anvendt ved de endelige forsøg. Dette blev gjort for at minimere fejl og usikkerheder ved de endelige forsøg og for at få erfaringer med alt udstyret og få indblik i måleresultaterne. Betonerene i disse forforsøg betegnes dummys, og de blev anvendt til både vandog chloridindtrængningsforsøg. En detaljeret forsøgsbeskrivelse af forforsøgene samt resultater ses i Bilag I. Vand- og chloridindpresningen skete gennem skæreflader, da støbeflader dels ville gøre det vanskeligere at presse vandet ind, og dels kunne det risikere at give et mere ujævnt billede af resultaterne. Dette skyldes, at store tilslagspartikler mv. kunne være sunket til bunds ved udstøbning, så ved at skære endefladerne af repræsenterede skærefladen en mere homogen del af betonen. 6.1 Fremgangsmåde for vandmætningsforsøg Betoner med hvert af de 3 v/c-forhold blev udsat for kapillarsugning og trykvandmætning med destilleret vand ved tryk på 1 bar, 8 bar, 15 bar og 150 bar. Ved alle 4 tryk blev forsøgene udført på prøver, som havde været udtørret i en ovn ved 40 C i 5 dage. Dette er bestemt ud fra forforsøgene. Se Figur I.1 i Bilag I. Betonprøverne fra Storebælt blev ikke udtørret i ovn, da det blev vurderet, at de var så langt i hærdningsprocessen, at de ville være tørre, da der er tale om en selvudtørrende beton Fremgangsmåde for vandmætningsforsøg ved kapillarsugning I kapillarsugningsforsøgene blev prøverne fuldt neddykket i vand, således at de sugede vand op gennem 2 endeflader. Dette skete, for at resultaterne bedre kan sammenlignes med resultaterne fra forsøgene, hvor betonerne er blevet trykvandmættet. I Appendiks I viser Foto I.1 og Foto I.2 opstillingen ved kapillarsugningsforsøgene. I Bilag D ses en komplet punktinstruks for, hvad prøverne anvendt til kapillarsugningsforsøgene har været igennem. Der blev sat 2 prøver over for hvert v/c-forhold. Disse blev vejet efter 1 min, 2 min, 4 min osv., som beskrevet i Afsnit Prøverne blev ved vejning altid vejet på den samme vægt. Prøverne blev taget op af vandet, hvorefter begge sugeflader blev aftørret med en hårdt opvredet klud og prøverne blev vejet. Kapillarsugningsforsøgene med alle 6 prøver stod i alt i 44 dage, hvorefter

46 30 Kapitel 6. Fremgangsmåde for udførelse af forsøg forsøget pga. tidsbegrænsninger blev stoppet. Dette ses at være længere end de af HETEK angivne 17 døgn, men det blev vurderet, at prøverne ikke havde nået en stabil opsugningsmængde efter 17 døgn, og derfor fortsatte forsøgene. Efter 44 dage var opsugningsmængden dog heller ikke stabiliseret fuldstændig. I Appendiks III ses samtlige måleresultater fra kapillarsugningsforsøgene Fremgangsmåde for vandmætningsforsøg ved 8 bar I Bilag D ses den komplette punktinstruks for prøverne til trykvandmætningsforsøgene ved 8 bar. Trykkammeret, der blev benyttet til forsøg ved 8 bar, var forbundet til en trykflaske, som sørgede for at opretholde et konstant tryk på 8 bar gennem hele forsøgsperioden. Det var kun, når prøverne blev vejet, at de ikke var udsat for et tryk på 8 bar. Figur 6.1 viser trykkammeret, der blev anvendt til forsøg ved 8 bar. Figur 6.1: Trykkammer anvendt til forsøg ved 8 bar Det blev tilstræbt, at vejningen maksimalt tog 3 min. Prøverne blev under hele forsøget vejet på den samme vægt. På grund af pladsproblemer blev der først sat én prøve med hvert af de 3 v/c-forhold over. På grund af at saltvandsforsøgene ved 8 bar skulle sættes over i samme trykkammer, stod prøverne kun i 13 dage, hvilket var tilstrækkeligt til, at bottleneck punktet blev nået, men ikke til at grafen efter bottleneck punktet var stabiliseret tilfredsstillende. Da saltvandsforsøgene var færdige, blev der derefter igen sat én prøve med hvert af de 3 v/c-forhold i beholderen sammen med 2 storebæltskerner. Disse forsøg stod i 14 dage, og prøverne nåede heller ikke at blive helt stabile i opsugningsmængden, men forsøget måtte stoppes pga. tidsmæssige årsager. Prøven med et v/c-forhold på 0,35 blev dog taget ud efter 10 dage, da den skulle anvendes til et andet forsøg, som beskrives nærmere senere. Måletidspunkterne varierede fra de 2 omgange, men ses i Appendiks IV Fremgangsmåde for vandmætningsforsøg ved 15 bar I Bilag D ses den komplette punktinstruks for prøverne til trykvandmætningsforsøgene ved 15 bar. Trykkammeret, som blev anvendt til forsøgene ved 15 bar, havde også tilsluttet en trykflaske, og derfor var trykket i beholderen konstant på 15 bar, selvom prøverne sugede vand. Det var kun, når prøverne blev vejet, at trykket, der påvirkede prøverne, blev ændret. Figur 6.2 viser trykkammeret, der blev anvendt til forsøg ved 15 bar.

47 Fremgangsmåde for vandmætningsforsøg ved 150 bar 31 Figur 6.2: Trykkammer anvendt til forsøg ved 15 bar Det blev tilstræbt, at vejningen maksimalt tog 3 min. Også her blev prøverne under hele forsøget vejet på den samme vægt. Trykkammeret, der blev anvendt til forsøgene ved 15 bar, havde kun plads til 2 prøver ad gangen. Derfor blev der først sat 2 prøver over med v/c-forhold på 0,45. Disse prøver stod i 15 dage, hvorefter de havde nået en konstant opsugningsmængde. Derefter blev der sat én prøve over med et v/c-forhold på 0,35 og én prøve med et v/c-forhold på 0,55. Disse forsøg stod i 19 dage, hvorefter de havde opnået en stabil opsugninsgmængde. På grund af tidsbegrænsninger var det ikke muligt at sætte endnu et forsøg i gang med prøver på et v/c-forhold på 0,35 og 0,55. Måleresultaterne ses i Appendiks V Fremgangsmåde for vandmætningsforsøg ved 150 bar I Bilag D ses den komplette punktinstruks for prøverne til trykvandmætningsforsøgene ved 150 bar. Trykkammeret, der blev anvendt til forsøgene ved 150 bar, var ikke ligesom de andre trykkamre koblet til en trykflaske. I stedet var det nødvendigt at pumpe vand ind vha. et håndpumpesystem, indtil det ønskede tryk på 150 bar. Det vil sige, at trykket i kammeret faldt når prøverne sugede vand ind. Trykket var derfor ikke konstant 150 bar igennem hele forsøgsperioden, men var forsøgt justeret så ofte som muligt. I starten, hvor prøverne sugede mest vand, var det derfor mest nødvendigt at give et pump med håndpumpen for at opretholde trykket. Derfor varierede trykket i kammeret mellem 110 bar og 160 bar, men oftest var det mellem 140 bar og 150 bar. Figur 6.3 viser trykkammeret, der blev anvendt til forsøg ved 150 bar. Figur 6.3: Trykkammer anvendt til forsøg ved 150 bar

48 32 Kapitel 6. Fremgangsmåde for udførelse af forsøg Det blev tilstræbt, at vejningen maksimalt tog 3 min. Også her blev prøverne under hele forsøget vejet på den samme vægt. Trykkammeret kunne her ligeledes kun indeholde 2 prøver ad gangen. Først blev der sat 2 prøver over med et v/c-forhold på 0,45. Disse prøver stod i 9 dage, før de blev vurderet at være blevet stabile i deres opsugningsmængde. Herefter blev der sat 2 prøver med et v/c-forhold på 0,35 over. På grund af tidsmæssige problemer med at nå at få prøven med et v/c-forhold på 0,55 sat over, blev den ene prøve med et v/c-forhold på 0,35 stoppet efter 20 dage, hvorefter prøven med v/c-forhold på 0,55 blev sat over. Det vil sige, den ene prøve med et v/c-forhold på 0,35 fortsatte forsøget. Efter yderligere 8 dage måtte forsøget dog stoppes helt pga. tidsbegrænsninger. Dvs. prøven med et v/c-forhold på 0,55 stod under tryk i 8 dage, mens den anden prøve med et v/c-forhold på 0,35 stod i 28 dage. Denne prøve opnåede heller ikke, at opsugningsmængden blev tilstrækkelig stabil, men forsøget blev stopppet af tidsmæssige årsager. Måleresultaterne ses i Appendiks VI Håndtering af prøver efter trykvandmætning Efter forsøgene var blevet stoppet, blev prøverne enten spaltetrækprøvet, skåret i skiver eller sat i ovnen. Spaltetrækprøvningen blev foretaget for visuelt at kunne se, hvor våde prøverne var blevet, og hvor langt ind i prøverne vandet var nået. Dette udtrykker opsugningsmængden, Q, med enheden kg/m 2 ikke. For prøver med v/c-forhold på 0,35 blev det ved alle 4 tryk undersøgt, hvor langt ind i prøven vandet var nået. Dette blev gjort ved at skære en prøve i skiver for hver centimeter indtil midten af prøven og udtørre denne prøve ved 105 C, hvorved det kunne bestemmes, hvor meget vand de enkelte skiver indeholdt. En punktinstruks for dette ses i Bilag H. Endelig blev de resterende prøver sat i en 105 C varm ovn for at få tørmassen for prøverne og for dermed at kunne beregne prøvernes vandindhold ved forsøgenes begyndelse. Udregningerne til vandindholdsbestemmelse ses i Appendiks VII. 6.2 Fremgangsmåde for saltvandsforsøg Saltvandet, som blev benyttet til chloridforsøgene, havde en saltkoncentration på 10%, dvs. til 900 g vand blev der brugt 100 g salt. Der blev lavet chloridforsøg ved 1 bar og ved 8 bar. Til kapillarsugningsforsøgene (1 bar) blev der både anvendt tørre og vandmættede prøver, mens der ved 8 bar kun blev anvendt tørre prøver. I Bilag D ses den komplette punktinstruks for prøver til chloridforsøgene ved både 1 bar og 8 bar. I den første uge blev saltvandet skiftet hver dag, mens det blev skiftet 2 gange om ugen i den resterende tid, hvis forsøgene skulle stå længere. Dette blev gjort for at opretholde en konstant saltkoncentration Fremgangsmåde for saltvandsforsøg ved kapillarsugning Ved saltvandsforsøgene var prøverne ligeledes helt neddykket i vand, for at resultaterne kunne sammenlignes med forsøgene med destilleret vand og med forsøget ved 8 bar med saltvand. Der blev både udført forsøg med tørre og vandmættede prøver for at undersøge en evt. forskel i chloridindtrængningen. Prøverne blev vejet med jævne mellemrum, ligesom det var tilfældet for kapillarsugningsforsøgene med destilleret vand. Alle vejninger blev foretaget på den samme vægt. Prøverne var i alt eksponeret for saltvand i 23 dage. Herefter blev prøverne fræset inden for 24 t og var, indtil de blev fræset, placeret enkeltvis i 2 lag plastik for at undgå fugtudveksling med omgivelserne. I Appendiks III ses måleresultaterne for de tørre prøver. De vandmættede prøvers masser var tilnærmelsesvis konstante og er derfor ikke blevet noteret i Appendiks III Fremgangsmåde for saltvandsforsøg ved 8 bar Eksponeringstiden for prøverne ved 8 bar blev vurderet ud fra vandmætningsgraferne ved samme tryk. Tidspunktet for, hvornår opsugningsgrafen var knækket for de enkelte v/c-forhold, blev bestemmende for tidsrummet for saltvandeksponeringen. Prøverne med de forskellige v/c-forhold blev således ikke eksponeret for saltvand i lige lang tid. Storebæltskernen var ikke klar, da forsøgene

49 Fremgangsmåde ved chloridbestemmelse 33 ved 8 bar første gang blev sat i gang, og den blev derfor udsat for saltvand i samme tidsperiode som prøven med et v/c-forhold på 0,35, da storebæltskernen har samme v/c-forhold. Prøverne med v/c-forhold på 0,45 og 0,55 var eksponeret for saltvand i 5 døgn, mens prøven med et v/c-forhold på 0,35 sammen med storebæltskernen var eksponeret for saltvand i 1 døgn. I Afsnit 7.2 gennemgås, hvordan det blev vurderet, hvor lang tid de enkelte prøver skulle stå i trykkammeret. Da prøverne ikke blev vejet undervejs i forsøget, blev der kun sat én prøve over, da der alligevel kun skulle fræses én prøve Fremgangsmåde ved chloridbestemmelse Bestemmelse af chloridindholdet ind gennem prøverne var ens for kapillarsugningsforsøgene for både tørre og vandmættede prøver og for prøverne ved 8 bar. Prøverne blev fræset i passende intervaller inden for 24 t efter, at forsøgene med saltvand var blevet stoppet. Prøverne var i tiden, inden de blev fræset, pakket ind i 2 lag plastik. Da det forventedes, at chloridkoncentrationen ville aftage jo længere ind i betonen, der blev betragtet, var det især dybderne tættest på betonens chlorideksponerede overflade, der var interessante. Dette blev også bekræftet ud fra forsøgene med dummys, hvor resultaterne ses i Bilag I. Derfor blev prøverne fræset for hver mm den første cm målt fra den chlorideksponerede overflade. Herefter blev den næste cm af prøverne fræset for hver 2 mm. Den resterende del af prøverne blev skåret i skiver af 5 mm s tykkelse yderligere 2 cm ind i prøven (dvs. fra 2 cm til 4 cm). Det var kun halvdelen af prøven der blev savet ud, da det forventedes, at chloridprofilet var symmetrisk om midten, da prøven havde 2 sugeflader. Hver skive blev herefter pulveriseret. Dette blev gjort ved først at fjerne det yderste lag beton og dermed maling. Herefter blev skiverne knust og sigtet på en sigte med en maskevidde på 1 mm. Foto I.5 i Appendiks I viser, hvorledes prøverne blev fræset. Chloridindholdet i de enkelte dybder blev herefter bestemt vha. titrering. Der blev for hver prøve udvalgt et antal dybder, som chloridindholdet indledningsvis blev målt i. Dybderne blev udvalgt ud fra resultaterne fra forforsøgene. Efter de første målinger blev der suppleret med yderligere målinger i andre relevante dybder, hvis det blev vurderet nødvendigt. I Bilag G er en punktinstruks for titreringen gennemgået, ligesom det er gennemgået, hvordan chloridindholdet beregnes på baggrund af resultaterne fra titreringen. I Appendiks XV ses chloridresultaterne for kapillarsugningsforsøgene med både tørre og vandmættede prøver, mens chloridresultaterne for forsøgene ved 8 bar ses i Appendiks XVI.

50

51 35 Kapitel 7 Resultater I det følgende præsenteres de resultater, der blev opnået som følge af forsøgene med vandmætning og chloridindtrængning for de forskellige betoner. Alle de figurer, der beskrives i det følgende, ses i Bilag J. Desuden er de vigtigste grafer indsat i teksten samtidig med, at de beskrives. Generelt er graferne udformet således, at grafer, der viser det samme, har samme akseinddeling. Dermed kan graferne direkte sammenlignes fra figur til figur. Farverne på graferne er konstante hele vejen igennem rapporten. Det vil sige, at graferne for prøver med et v/c-forhold på 0,35 er afbildet grønne, graferne for prøver med et v/c-forhold på 0,45 er røde, graferne for prøver med et v/c-forhold på 0,55 er blå, og endelig er graferne for storebæltsbetonen markeret med lilla. I det følgende gennemgås først resultaterne fra vandmætningsforsøgene og derefter chloridforsøgene. Generelt gennemgås der i dette kapitel blot, hvad der umiddelbart ses af resultaterne, mens resultaterne diskuteres nærmere i Kapitel Resultater for vandmætningsforsøg Resultaterne fra vandmætningsforsøgene angiver, hvor meget en tør beton kan optage ved kapillarsugning og ved vandindpresning ved tryk på hhv. 8 bar, 15 bar og 150 bar. Disse præsenteres i det følgende. Måleresultaterne afbildes i ( t, Q)-koordinatsystemer, som beskrevet i teorien i Afsnit 4.1.1, hvor Q beregnes jf. (4.6). De resultater, der i det følgende bliver angivet, vil være et gennemsnit af resultaterne for 2 ens prøver, hvis ikke andet er angivet. Nogle resultater har ikke stået længe nok til at opnå en konstant Q-værdi, men pga. tidsbegræsning på projektet var det nødvendigt at stopppe nogle forsøg, før denne var opnået Resultater for kapillarsugningsforsøg Kapillarsugningsforsøgene varede i alt 44 dage. Figur 7.1 viser resultaterne for kapillarsugningsforsøgene med destilleret vand afbildet i et ( t, Q)-koordinatsystem. Ud fra Figur 7.1 ses det, at opsugningsmængden Q ikke er blevet stabil for nogen af de 3 v/c-forhold ved kapillarsugningsforsøgets afslutning. Figur 7.1 viser desuden, at graferne for de 2 prøver med hvert af de 3 v/c-forhold har samme forløb, og det vurderes derfor, at resultaterne er repræsentative. Figur 7.1 viser, at jo højere v/c-forhold betonen har, jo større Q-værdi opnår den. Det ses, at prøverne med et v/c-forhold på 0,35 opnår en Q-værdi på 0,52 kg/m 2 efter 44 dage, og at hældningen af grafen er størst i starten af opsugningsforløbet. Det vil sige at, prøven i starten suger mest. Dog har grafen stadig en hældning efter 44 dage, da Q stiger, men nu ikke så meget som før. Dette indikerer, at betonen har porer, som ikke er blevet vandfyldte og derfor stadig suger. Ud fra Figur 7.1 ses også forløbet for prøverne med et v/c-forhold på 0,45, som opnår en Q-værdi på 0,96 kg/m 2 efter 44 dage. Prøverne med et v/c-forhold på 0,45 ses generelt at suge mere end prøverne med et v/c-forhold på 0,35, hvilket især er tydeligt på hældningen af graferne i løbet af de første døgn.

52 36 Kapitel 7. Resultater Figur 7.1: Kapillarsugningsgraf for tørre prøver i destilleret vand for alle 3 v/c-forhold Prøverne med et v/c-forhold på 0,55 opnår en Q-værdi på 1,32 kg/m 2 efter 44 dage. Det ses, at prøverne med v/c-forhold på 0,55 generelt har en større opsugning end prøverne med v/c-forhold på 0,35 og 0,45, hvilket især er tydeligt i starten af opsugningsforløbet. Figur 7.2 viser resultaterne for kapillarsugningsforsøgene udført med saltvand afbildet i et ( t, Q)-koordinatsystem. Figur 7.2: Kapillarsugningsgraf for tørre prøver i saltvand for alle 3 v/c-forhold Ud fra Figur 7.2 ses det, at de 2 prøver for hvert v/c-forhold igen har samme forløb, og derfor vurderes resultaterne at være repræsentative. Ud fra Figur 7.2 ses det, at et højt v/c-forhold medfører en høj Q-værdi. Det ses, at grafernes udseende minder om graferne for prøverne ved kapillarsugning med destilleret vand, dog suger prøverne generelt mindre. Prøverne med v/c-forhold på 0,35 opnår en Q-værdi på 0,40 kg/m 2 efter 23 dage, men på dette tidspunkt er graferne ikke blevet stabile, da prøverne stadig suger vand. Prøverne med v/c-forhold på 0,45 ses at suge mere saltvand end prøverne med v/c-forhold på 0,35, og de opnår en Q-værdi på 0,77 kg/m 2 efter 23 dage. Prøverne ses stadig at suge vand op efter de 23 dage, da grafen stadig har en hældning. Endelig ses det, at prøverne med v/c-forhold på 0,55 ligesom ved kapillarsugningsforsøgene med destilleret vand, suger mest. De opnår en Q-værdi

53 Resultater for vandmætningsforsøg ved 8 bar 37 på 1,12 kg/m 2 efter 23 dage, men heller ikke disse er blevet stabile. Dette ses, som tilfældet også er for de andre v/c-forhold, at være en mindre Q-værdi end for kapillarsugning med destilleret vand. I Tabel 7.1 ses de maksimale Q-værdier opsummeret for kapillarsugningsforsøg med både destilleret vand og saltvand. Tabel 7.1: Maksimale Q-værdier for kapillarsugningsforsøg med destilleret vand og saltvand. Prøverne i destilleret vand har stået i 44 dage, mens prøverne i saltvand har stået i 23 dage Q max 1bar,vand Q max 1bar,salt [kg/m 2 ] [kg/m 2 ] v/c = 0,35 0,52 0,40 v/c = 0,45 0,96 0,77 v/c = 0,55 1,32 1, Resultater for vandmætningsforsøg ved 8 bar Figur 7.3 viser resultaterne for trykvandmætningsforsøgene ved 8 bar afbildet i et ( t, Q)- koordinatsystem. Figur 7.3: Opsugningsgraf for prøver i destilleret vand ved 8 bar for alle 3 v/c-forhold Ud fra Figur 7.3 ses det, at de 2 prøver for hvert af de 3 v/c-forhold igen har samme forløb, og derfor vurderes resultaterne også her at være repræsentative. Det ses, at det er storebæltsbetonerne der suger mindst. De opnår en Q-værdi på 0,23 kg/m 2 efter 14 dage. I starten af opsugningsperioden har storebæltsbetonerne deres største opsugning, hvorefter grafen knækker, og Q-værdien forøges derefter kun langsomt med tiden. Prøverne med et v/c-forhold på 0,35 opnår en maksimal Q-værdi på 0,55 kg/m 2 efter 10 dage. For prøverne med et v/c-forhold på 0,45 opnås en maksimal Q-værdi på 1,67 kg/m 2 efter 13 dage. Det ses, at prøverne generelt suger mere vand end ved kapillarsugningsforsøgene, da Q-værdierne er større. Den største forskel i forhold til kapillarsugningsforsøgene er især i forsøgets første døgn, hvor det på Figur 7.3 ses, at hældningen af graferne er større end ved kapillarsugningsforsøgene. Prøverne med et v/c-forhold på 0,55 opnår maksimalt en Q-værdi på 2,04 kg/m 2 efter 14 dage. Også her ses prøverne generelt at suge mere vand end ved kapillarsugningsforsøgene, hvilket specielt ses i starten, hvor hældningen af grafen er større end for de tilsvarende prøver ved kapillarsugningsforsøgene. Herefter flader grafen mere ud ligesom grafen for prøverne med et v/c-forhold på 0,45. I forhold til kapillarsugningsforsøgene minder grafernes forløb for prøverne med v/c-forhold på 0,45 og 0,55 nu mere om det ideelle opsugningsforløb, som er beskrevet i Afsnit

54 38 Kapitel 7. Resultater Samme ideelle forløb ses ikke for prøverne med et v/c-forhold på 0,35 og for storebæltsbetonerne. I Tabel 7.2 ses værdierne for den maksimale Q-værdi opsummeret for de forskellige v/c-forhold ved 8 bar. Tabel 7.2: Maksimale Q-værdier for trykvandmætningsforsøg med destilleret vand og den tilhørende tid, som prøverne havde stået Q max 8bar,vand Tid [Dage] [kg/m 2 ] v/c = 0,35 0,55 14 v/c = 0,45 1,67 13 v/c = 0,55 2, Resultater for vandmætningsforsøg ved 15 bar Figur 7.4 viser opsugningsforløbet ved 15 bar for hhv. 2 prøver med et v/c-forhold på 0,45, én prøve med et v/c-forhold på 0,35 og én prøve med et v/c-forhold på 0,55 afbildet i et ( t, Q)-koordinatsystem. Figur 7.4: Opsugningsgraf for prøver i destilleret vand ved 15 bar for alle 3 v/c-forhold Ud fra Figur 7.4 ses det, at prøven med et v/c-forhold på 0,35 opnår en Q-værdi på 0,55 kg/m 2 efter 19 dage. Opsugningsgrafen har ligesom ved de 2 andre tryk den største hældning i starten af forløbet, hvorefter den flader ud. Ud fra Figur 7.4 ses det desuden, at de 2 prøver med et v/c-forhold på 0,45 har samme opsugningsforløb, og derfor vurderes de at være repræsentative. Det ses, at der for disse prøver opnås en Q-værdi på 1,81 kg/m 2 efter 15 dage. Sammenlignet med graferne ved 8 bar ses det, at knækket nu er mere markant end før, og at grafen flader hurtigere ud. For prøven med et v/c-forhold på 0,55 opnås en Q-værdi på 1,94 kg/m 2 efter 19 dage. Også her er hældningen af grafen større i starten af opsugningsforløbet sammenlignet med grafen ved 8 bar, og grafen flader nu hurtigere ud. Det ses ud fra Figur 7.4, at opsugningsmængden for prøverne med v/c-forhold på 0,45 ligger tættere på prøven med v/c-forhold på 0,55 end prøven med v/c-forhold på 0,35. I Tabel 7.3 ses de maksimale Q-værdier opsummeret for de forskellige v/c-forhold ved 15 bar.

55 Resultater for vandmætningsforsøg ved 150 bar 39 Tabel 7.3: Maksimale Q-værdier for trykvandmætningsforsøg ved 15 bar med destilleret vand og den tilhørende tid, som prøverne havde stået Q max 15bar Tid [Dage] [kg/m 2 ] v/c = 0,35 0,55 19 v/c = 0,45 1,81 15 v/c = 0,55 1, Resultater for vandmætningsforsøg ved 150 bar 150 bar er det maksimale tryk, som anvendes i dette projekt. Den maksimalt opnåede Q-værdi, der findes ved 150 bar for de forskellige v/c-forhold, refereres i resten af rapporten som Q max 150, og det regnes med, at betonerne ikke kan opnå en højere Q-værdi end denne. Figur 7.5 viser opsugningsforløbet for betonerne ved 150 bar afbildet i et ( t, Q)-koordinatsystem. Figur 7.5: Opsugningsgraf for prøver i destilleret vand ved 150 bar for alle 3 v/c-forhold Ud fra Figur 7.5 ses det, at graferne for prøverne med et v/c-forhold på 0,35 har det samme forløb, og de vurderes derfor at være repræsentative. Den prøve med et v/c-forhold på 0,35, der har været i trykkammeret i længst tid, opnår en Q-værdi på 1,21 kg/m 2 efter 28 dage, og grafen har i starten en hældning, der er større end ved de foregående tryk. Det ses, at opsugningsmængden bliver ved med at stige under hele forløbet og ikke når at blive stabiliseret. For prøverne med et v/c-forhold på 0,45 ses det, at forløbet igen minder om det teoretisk beskrevne i Afsnit ligesom ved 15 bar. Efter 9 dage har prøverne opnået en Q-værdi på 2,02 kg/m 2, og opsugningsmængden er på det tidspunkt blevet stabil. For prøven med et v/c-forhold på 0,55 opnås en Q-værdi på 2,03 kg/m 2 efter 8 dage. Også her ses det, at prøven i starten suger mest, da grafen her har den største hældning. Efter knap 1 døgn knækker grafen, og opsugningsmængden bliver stabil. I Tabel 7.4 ses værdierne for den maksimale Q-værdi opsummeret for de 3 forskellige v/c-forhold ved 150 bar. Tabel 7.4: Maksimale Q-værdier for trykvandmætningsforsøg ved 150 bar med destilleret vand og den tilhørende tid, som prøverne havde stået vand Tid [kg/m 2 ] [Dage] v/c = 0,35 1,21 28 v/c = 0,45 2,02 9 v/c = 0,55 2,03 8 Q max 150

56 40 Kapitel 7. Resultater Bestemmelse af bottleneck punkt For at kunne sammenfatte hastighedsforløbet for opsugning for betonprøver med forskellige v/cforhold ved de forskellige tryk, er bottleneck punktet bestemt. Som beskrevet i Afsnit angiver bottleneck punktet den teoretiske overgang mellem de porer, der hurtigt bliver vandfyldte og de, der bliver langsomt vandfyldte. Ved at aflæse t kap for de forskellige forsøg fås en indikation af, hvor lang tid det tager, før en prøves opsugningsmængde ideelt set er stabiliseret, mens Q kap ideelt set angiver, hvor meget en prøve opsuger, før opsugningsmængden bliver stabiliseret. Til bestemmelse af bottleneck punktet er der anvendt et (t, Q 2 )-koordinatsystem, da dette giver en bedre afbildning af opsugningsforløbet til at kunne bestemme t kap og Q kap, jf. Afsnit Bottleneck punktet bestemmes ved først at forbinde de første målepunkter med en ret linje og derefter de sidste målepunkter med en ret linje. Der, hvor linjerne skærer hinanden, aflæses hhv. t kap og Q 2 kap, og derudfra kan Q kap beregnes. For forsøg, hvor der har været anvendt 2 prøver med samme v/c-forhold, er bottleneck punktet bestemt som en middelværdi. I Bilag J ses på Figur J.6 - Figur J.21 graferne, der anvendes til bestemmelse af t kap og Q kap. Figur 7.6 viser, hvordan bottleneck punktet bestemmes for prøven med et v/c-forhold på 0,35 ved 15 bar. Figur 7.6: Opsugningsgraf for prøve med v/c = 0,35 ved 15 bar til bestemmelse af bottleneck punkt, som er, hvor de 2 rette linjer skærer hinanden Ud fra Figur 7.6 ses det, at skæringspunktet mellem de 2 rette linjer, der er blevet indtegnet, har koordinatsættet (t kap, Q 2 kap ) = (40000 s, 0,260 kg2 /m 4 ). Ud fra dette bestemmes Q kap til 0,510 kg/m 2. På tilsvarende vis bestemmes t kap og Q kap for de andre betoner ved forsøgene med de forskellige tryk. Tabel 7.5 og Tabel 7.6 viser t kap og Q kap for de enkelte v/c-forhold ved de forskellige tryk. Tabel 7.5: t kap for betonprøver med forskellige v/c-forhold og ved forskellige tryk t kap 1 bar 1 bar 8 bar 15 bar 150 bar [timer] vand salt vand vand vand Storebæltsbeton - - 9,7 - - v/c = 0, ,3 5, v/c = 0,45 6,9 4,4 13 5,6 2,0 v/c = 0, ,9 5,6 5,6 1,9 Ud fra Tabel 7.5 ses der en tendens til, at t kap bliver mindre ved højere tryk. Det vil sige, at prøverne hurtigere når bottleneck punktet. Ved betonerne med v/c-forhold på 0,35 ses denne sammenhæng dog ikke. Ud fra Tabel 7.6 ses det generelt, at Q kap forøges ved både større v/c-forhold og ved

57 Kapillaritetstal 41 Tabel 7.6: Q kap for betonprøver med forskellige v/c-forhold og ved forskellige tryk Q [ kap 1 bar 1 bar 8 bar 15 bar 150 bar kg vand salt vand vand vand m 2 ] Storebæltbeton - - 0, v/c = 0,35 0,42 0,32 0,48 0,51 0,88 v/c = 0,45 0,67 0,61 1,4 1,7 2,0 v/c = 0,55 1,3 0,84 1,7 1,9 1,9 højere tryk. Q kap er mindre for kapillarsugningsforsøgene med saltvand end for de med destilleret vand. Q kap for storebæltsbetonen er mindre ved 8 bar end Q kap for betonen med et v/c-forhold på 0,35. Det vil sige, at storebæltsbetonen ikke opsuger så meget vand, inden grafen knækker. Det ses dog, at storebæltsbetonen har en højere t kap end betonen med et v/c-forhold på 0,35. Det vil sige, at det tager længere tid, inden grafen for storebæltsprøverne er stabiliseret Kapillaritetstal For at kunne sammenligne opsugningshastigheden for de forskellige v/c-forhold ved de forskellige tryk, er kapillaritetstallet bestemt for hver prøve. Disse bestemmes ud fra t kap og Q kap, som givet i Afsnit ved (4.7) ud fra værdierne i Tabel 7.5 og Tabel 7.6. Tabel 7.7 viser kapillaritetstallene for samtlige v/c-forhold ved alle tryk. Tabel 7.7: Kapillaritetstal for betonprøver med forskellige v/c-forhold og ved forskellige tryk bestemt ud fra tkap og Q kap [ k kap 1 bar 1 bar 8 bar 15 bar 150 bar kg vand salt vand vand vand m 2 s 1/2 ] Storebæltsbeton - - 0, v/c = 0,35 0,0017 0,0029 0,0034 0,0026 0,0036 v/c = 0,45 0,0042 0,0048 0,0066 0,012 0,017 v/c = 0,55 0,0036 0,0053 0,012 0,013 0,022 Ud fra Tabel 7.7 ses det, at kapillaritetstallene generelt stiger ved både stigende v/c-forhold og stigende tryk. Dette er i overensstemmelse med den tidligere beskrivelse af opsugningsgraferne, hvor hældningen af grafernes indledende forløb, som kapillaritetstallet netop svarer til, også steg ved både stigende v/c-forhold og tryk. Det ses, at kapillaritetstallet ved kapillarsugningsforsøgene er større ved forsøg med saltvand end ved forsøg med destilleret vand. Jævnfør Afsnit varierer kapillaritetstallet for beton mellem 0,01-0,3 kg/(m 2 s 1/2 ) ved 1 bar. Det ses altså, at kapillaritetstallene i Tabel 7.7 generelt er mindre end den laveste værdi i intervalområdet. I forbindelse med forforsøgene blev kapillaritetstallene ligeledes bestemt ved 1 bar. Disse ses i Tabel I.1 i Bilag I. Generelt ses kapillaritetstallene nu at være mindre end kapillaritetstallene for betonerne i forforsøgene. Kapillaritetstallene for betonerne med v/c-forhold på 0,45 og 0,55 lå ved forforsøgene inden for intervalområdet, hvorimod kapillaritetstallet for betonen med et v/c-forhold 0,35 var lavere end intervalområdet. Forklaringen på forskellen kan måske findes i, at det ved forforsøgene kun var den ene endeflade der var i kontakt med vand, mens det ved de endelige forsøg var begge endeflader. Derfor kunne luften i forforsøgene trænge ud igennem toppen af betonerne, når betonerne sugede vand, mens luften ved de endelige forsøg blev presset sammen i midten af prøven, og dermed kunne prøverne ikke optage ligeså meget vand ligeså hurtigt. 7.2 Resultater for chloridindhold samt chloridprofiler Det ønskes undersøgt, hvor langt ind chloriderne er kommet i betonerne ved hhv. kapillarsugning og 8 bar. Prøverne ved kapillarsugningsforsøgene var eksponeret for saltvand i 23 dage, hvorefter

58 42 Kapitel 7. Resultater de blev fræset. Eksponeringstiden for prøverne ved 8 bar blev vurderet ud fra Q kap for de enkelte v/c-forhold. Da opsugningsgraferne ved 8 bar ikke følger det ideelle forløb, vil graferne ikke opnå Q kap til tiden t kap. Eksponeringstiden er derfor bestemt ud fra, hvornår graferne reelt set når Q kap. Prøverne med v/c-forhold på 0,45 og 0,55 var derfor eksponeret for saltvand i 5 døgn, da det ud fra Figur 7.3 ses, at grafen her når Q kap. Det ses desuden, at grafen for prøverne med et v/c-forhold på 0,35 allerede når Q kap efter 1 døgn, og derfor var prøven med et v/c-forhold på 0,35 kun udsat for saltvand i 1 døgn sammen med storebæltsbetonen Resultater og chloridprofiler for saltvandsforsøg ved kapillarsugning Alle prøver blev fræset efter fremgangsmåden beskrevet i Bilag F. Ud fra de fræsede prøver kunne chloridindholdet ind gennem prøverne bestemmes for de 3 forskellige v/c-forhold, og chloridprofilerne kunne optegnes. Der blev målt chloridindhold i både prøver, som var tørre inden forsøget, og i prøver der var vandmættede. Da prøverne er fræset i intervaller, er chloridkoncentrationen vist i et søjlediagram. Søjlediagrammerne for de forskellige prøver ses i Bilag J.3 på Figur J.22 - Figur J.27. Figur 7.7 viser chloridkoncentrationen i tør beton med et v/c-forhold på 0,35 ved 1 bar, hvor koncentrationen angives som mg chlorider pr. kg beton. Figur 7.7: Chloridindhold i tør beton med v/c = 0,35 ved 1 bar, hvor chloridindholdet er beregnet for intervaller ind i prøven Chloridindholdet for prøven med et v/c-forhold på 0,35, ses på Figur 7.7 i de forskellige dybder, prøven blev fræset i. Afbildes resultaterne fra søjlediagrammet i stedet i et punktdiagram, kan de tilnærmes vha. fejlfunktionsløsningen til Fick s 2. lov som beskrevet i Afsnit Herved kan chloriddiffusionskoefficienten for betonen bestemmes. Da chloridindholdet er målt for dybder i intervaller på 1 mm, 2 mm eller 5 mm, vil chloridkoncentrationen i punktdiagrammerne i stedet afbildes ved en dybde, der svarer til middelværdien for det aktuelle interval. Fejlfunktionsløsningen er tilpasset målepunkterne bedst muligt for både de tørre og de vandmættede prøver ved alle v/c-forhold. Ved opstilling af fejlfunktionsløsningen er det antaget at C 0 = 0, da det formodes, at der ikke har været chlorider i hverken tilslag eller vand ved betonstøbningen. I enkelte situationer falder nogle af målepunkterne så langt fra de andre, at det er åbenlyst, at der er tale om målefejl. I disse tilfælde er der set bort fra det pågældende punkt, og punktet er derfor markeret rødt. Fejlfunktionsløsningen er optegnet på baggrund af, at prøverne til kapillarsugning har været eksponeret for chlorider i 23 dage. I Bilag J viser Figur J.32 - Figur J.37 chloridprofilerne for samtlige v/c-forhold. Figur 7.8 viser chloridprofilet for den tørre beton med et v/c-forhold på 0,35 ved 1 bar.

59 Resultater og chloridprofiler for saltvandsforsøg ved kapillarsugning 43 Figur 7.8: Chloridprofil for tør beton med v/c = 0,35 ved 1 bar. Punkterne angiver målepunkterne, og linjen markerer fejlfunktionsløsningen til Fick s 2. lov Ud fra Figur 7.8 ses fejlfunktionsløsningen fittet til målepunkterne. Det ses, at det første målepunkt 0-1 mm inde i prøven ligger højere end chloridprofilet. Det er en generel tendens for alle chloridprofilerne ved 1 bar, at chloridkoncentrationen er høj i målepunktet 0-1 mm inde i prøven. Det har ikke været muligt at fitte fejlfunktionsløsningen, så den opnår så høj en værdi, hvis den samtidig også skal fitte de andre punkter bedst muligt. Der fås derfor en overfladekoncentration på 5300 mg/kg og en chloriddiffusionskoefficient på m 2 /s for den tørre prøve med et v/c-forhold på 0,35 ved 1 bar. På Figur 7.9 ses chloridprofilet for den vandmættede beton med et v/c-forhold på 0,35 ved 1 bar. Figur 7.9: Chloridprofil for vandmættet beton med v/c = 0,35 ved 1 bar. Punkterne angiver målepunkterne, og linjen markerer fejlfunktionsløsningen til Fick s 2. lov Ud fra Figur 7.9 ses det, at fejlfunktionsløsningen er fittet, så den tilpasser alle målepunkter bedst muligt for den vandmættede prøve med et v/c-forhold på 0,35 ved 1 bar. Dog falder et målepunkt åbenlyst udenfor, hvilket må skyldes målefejl. Dette punkt er på Figur 7.9 markeret rødt, og der er set bort fra dette i fitningen. Der fås derfor en overfladekoncentration på 5800 mg/kg og en chloriddiffusionskoefficient på 3, m 2 /s.

60 44 Kapitel 7. Resultater På Figur 7.10 ses chloridprofilet optegnet for den tørre beton med et v/c-forhold på 0,45 ved 1 bar. Figur 7.10: Chloridprofil for tør beton med v/c = 0,45 ved 1 bar. Punkterne angiver målepunkterne, og linjen markerer fejlfunktionsløsningen til Fick s 2. lov Ud fra Figur 7.10 ses fejlfunktionsløsningen fittet til målepunkterne for chloridindholdet i den tørre beton med et v/c-forhold på 0,45 ved 1 bar. Det sidste målepunkt er markeret rødt, da det formodes, at der er tale om en fejlmåling. Her er der målt et chloridindhold, mens det for de 2 foregående punkter ikke er tilfældet. Der fås en overfladekoncentration på 6500 mg/kg og en chloriddiffusionskoefficient på 7, m 2 /s. På Figur 7.11 ses chloridprofilet optegnet for den vandmættede beton med et v/c-forhold på 0,45 ved 1 bar. Figur 7.11: Chloridprofil for vandmættet beton med v/c = 0,45 ved 1 bar. Punkterne angiver målepunkterne, og linjen markerer fejlfunktionsløsningen til Fick s 2. lov Ud fra Figur 7.11 ses det, at fejlfunktionsløsningen har samme forløb som målepunkterne. Der fås en overfladekoncentration på 6400 mg/kg og en chloriddiffusionskoefficient på 6, m 2 /s. På Figur 7.12 ses chloridprofilet optegnet for den tørre beton med et v/c-forhold på 0,55 ved 1 bar.

61 Resultater og chloridprofiler for saltvandsforsøg ved kapillarsugning 45 Figur 7.12: Chloridprofil for tør beton med v/c = 0,55 ved 1 bar. Punkterne angiver målepunkterne, og linjen markerer fejlfunktionsløsningen til Fick s 2. lov Fejlfunktionsløsningen på Figur 7.12 ses fittet, så der både er målepunkter over og under den fittede kurve. Der fås en overfladekoncentration på 7200 mg/kg og en chloriddiffusionskoefficient på 11, m 2 /s. På Figur 7.13 ses chloridprofilet optegnet for den vandmættede beton med et v/c-forhold på 0,55 ved 1 bar. Figur 7.13: Chloridprofil for vandmættet beton med v/c = 0,55 ved 1 bar. Punkterne angiver målepunkterne, og linjen markerer fejlfunktionsløsningen til Fick s 2. lov Ud fra Figur 7.13 ses det, at fejlfunktionsløsningen har samme forløb som målepunkterne. Der fås en overfladekoncentration på 7300 mg/kg og en chloriddiffusionskoefficient på 9, m 2 /s. Ved at have fittet målepunkterne med fejlfunktionsløsningen til Fick s 2. lov er overfladekoncentrationerne samt chloriddiffusionskoefficienterne for betonerne fastlagt. Tabel 7.8 viser overfladekoncentrationerne, chloriddiffusionskoefficienterne samt indtrængningsdybderne bestemt ved fejlfunktionsløsningen for de tørre og vandmættede betoner ved alle v/c-forhold ved 1 bar.

62 46 Kapitel 7. Resultater Tabel 7.8: Diffusionskoefficient, overfladekoncentration og indtrængningsdybde for prøver, der enten er tørre eller vandmættede efter 23 dage i saltvand ved kapillarsugning Overfladekonc. Chloriddiffusionskoef. Indtrængnings- C s [mg/kg] D [m 2 /s] dybde [mm] v/c = 0,35, tør ,0 16 v/c = 0,35, vandmættet ,1 14 v/c = 0,45, tør ,3 25 v/c = 0,45, vandmættet ,3 20 v/c = 0,55, tør v/c = 0,55, vandmættet ,8 25 Ud fra Tabel 7.8 ses det, at overfladekoncentrationen er større for de vandmættede betoner end for de tørre for prøverne med et v/c-forhold på 0,35 og 0,55. For betonen med et v/c-forhold på 0,45 er overfladekoncentrationen dog større ved den tørre prøve. Chloriddiffusionskoefficienterne er for alle 3 v/c-forhold større for de tørre prøver end for de vandmættede prøver. Chloriderne trænger også længere ind i den tørre beton end i den vandmættede Resultater og chloridprofiler for saltvandsforsøg ved 8 bar I Bilag J ses på Figur J.28 - Figur J.31 søjlediagrammerne over chloridkoncentrationen i betonerne udsat for et tryk på 8 bar. For betonerne med v/c-forhold på 0,45 og 0,55 ses det, at der er målt chlorider helt ind til midten af prøven, hvilket svarer til ca. 40 mm. Det må altså forventes, at chloridindholdet er påvirket af chlorider fra den anden sugeflade. Chloridprofilerne for prøverne ved 8 bar er bestemt på samme måde som beskrevet for 1 bar ud fra fejlfunktionsløsningen til Fick s 2. lov. Figur J.38 - Figur J.41 viser chloridprofilerne for alle betonerne ved 8 bar. Generelt er værdien af overfladekoncentrationen ikke lige så højt som chloridkoncentrationen målt 0-1 mm inde i prøverne. Nogle af målepunkterne er der også set bort fra til bestemmelse af chloriddiffusionskoefficienten og overfladekoncentrationen, da det målte chloridindhold falder helt uden for tendensen. Disse punkter er markeret med rødt. Figur 7.14 og Figur 7.15 viser chloridprofilerne for betonen med et v/c-forhold på 0,35 og for storebæltsbetonen. Figur 7.14: Chloridprofil for beton med v/c = 0,35 ved 8 bar. Punkterne angiver målepunkterne, og linjen markerer fejlfunktionsløsningen til Fick s 2. lov

63 Resultater og chloridprofiler for saltvandsforsøg ved 8 bar 47 Figur 7.15: Chloridprofil for storebæltsbeton ved 8 bar. Punkterne angiver målepunkterne, og linjen markerer fejlfunktionsløsningen til Fick s 2. lov Hvor fejlfunktionsløsningen fitter målepunkterne for betonen med et v/c-forhold på 0,35 godt, har det været sværere at fitte målepunkterne for storebæltsbetonen. Der er registreret chlorider længere ind i storebæltsbetonen end i betonen med et v/c-forhold på 0,35. Chloridindholdet i den yderste mm af storebæltsbetonen er høj sammenlignet med resten af prøven, hvor chloridkoncentrationen er mere konstant. Chloriddiffusionskoefficienten bestemt for storebæltsbetonen er således mere usikker end chloriddiffusionskoefficienten bestemt for betonen med et v/c-forhold på 0,35. Der fås en overfladekoncentration på 3000 mg/kg og en chloriddiffusionskoefficient på m 2 /s for storebæltsbetonen, mens der for betonen med et v/c-forhold på 0,35 fås en overfladekoncentration på 4200 mg/kg og en chloriddiffusionskoefficient på m 2 /s. Figur 7.16 og Figur 7.17 viser chloridprofilerne for betonerne med et v/c-forhold på 0,45 og 0,55. Figur 7.16: Chloridprofil for beton med v/c = 0,45 ved 8 bar. Punkterne angiver målepunkterne, og linjen markerer fejlfunktionsløsningen til Fick s 2. lov

64 48 Kapitel 7. Resultater Figur 7.17: Chloridprofil for beton med v/c = 0,55 ved 8 bar. Punkterne angiver målepunkterne, og linjen markerer fejlfunktionsløsningen til Fick s 2. lov Ud fra Figur 7.16 og Figur 7.17 ses det, at begge profiler har målepunkter, der afviger fra fejlfunktionsløsningen, og disse er markeret med rødt. For betonen med et v/c-forhold på 0,45 fås en overfladekoncentration på 4800 mg/kg og en chloriddiffusionskoefficient på m 2 /s. For betonen med et v/c-forhold på 0,55 fås en overfladekoncentration på 7200 mg/kg og en chloriddiffusionskoefficient på m 2 /s. Det ses for denne beton, at fejlfunktionsløsningen er fittet, så chloridkoncentrationen 30 mm inde i betonen er 0 mg/kg, men ud fra målepunkterne er dette ikke tilfældet. Der er registreret chlorider 40 mm ind i prøven, hvilket svarer til midten af prøven. Chloridprofilet er derfor blevet påvirket af chlorider, der er trængt ind i prøven fra den anden sugeflade. Dette er også tilfældet for betonen med et v/c-forhold på 0,45. Tabel 7.9 viser overfladekoncentrationen, chloriddiffusionskoefficienten samt indtrængningsdybden bestemt ved fejlfunktionsløsningen for alle v/c-forhold ved 8 bar. Tabel 7.9: Diffusionskoefficient, overfladekoncentration og indtrængningsdybde for prøver ved 8 bar Tid Overfladekonc. Chloriddiffusionskoef. Indtrængnings- [dage] C s [mg/kg] D [m 2 /s] dybde [mm] Storebæltsbetonen, 8 bar v/c = 0,35, 8 bar v/c = 0,45, 8 bar v/c = 0,55, 8 bar Af Tabel 7.9 ses det, at overfladekoncentrationen stiger med stigende v/c-forhold. Den mindste overfladekoncentration fås ved storebæltsbetonen. Storebæltsbetonen er ligeledes den, der har den mindste chloriddiffusionskoefficient og indtrængningsdybde. Indtrængningsdybden stiger med stigende v/c-forhold. Chloriddiffusionskoefficienten er også stigende i forhold til stigende v/c-forhold. Dog har betonen med v/c-forhold på 0,55 en lavere chloriddiffusionskoefficent end prøverne med v/c-forhold på 0,35 og 0,45.

65 49 Kapitel 8 Diskussion af resultater I dette kapitel vil de resultater, der blev opnået i forbindelse med vandmætnings- og chloridforsøgene blive diskuteret både i relation til de forskelle, der er observeret ved forskellige v/c-forhold og ved forskellige tryk. Der arbejdes videre med forsøgsresultaterne, som blev beskrevet i Kapitel 7, og ud fra disse bestemmes den kapillære vandmætningsgrad samt trykvandmætningsgraden for betonerne i de enkelte forsøg. Der foretages en teoretisk fremskrivning for, hvor lang tid det vil tage, før betonerne vandmættes til samme maksimale Q-værdi, som blev bestemt ved de forskellige v/cforhold ved trykforsøgene med 150 bar. Desuden bestemmes vandindholdet ind gennem betonerne med v/c = 0,35 efter vandmætningsforsøgene ved de 4 tryk. Endelig diskuteres resultaterne opnået i forbindelse med chloridforsøgene. I Bilag K er alle grafer, der diskuteres i dette kapitel, samlet. De mest relevante grafer kan desuden ses gengivet i mindre format i nedenstående diskussion. 8.1 Generelle overvejelser og antagelser Forud for den efterfølgende diskussion af forsøgsresultaterne vil der her kort blive redegjort for de overvejelser og antagelser, der er gjort i forbindelse med fortolkningen af resultaterne. Det anvendte prøveudstyr har maksimalt kunnet trykvandmætte betonerne ved et tryk på 150 bar. Jævnfør Kapitel 4 vil betonerne selv ved 150 bar dog ikke være fuldstændig vandmættede svarende til, at alle kapillarporer er vandfyldte. Det er dog kun de allermindste kapillarporer, der ikke er vandfyldte, og derfor vil betegnelsen fuldstændig vandmætning i det følgende bruges om trykvandmætningen ved 150 bar. Her fyldes langt flere kapillarporer med vand end ved tryk på 1 bar, 8 bar og 15 bar, og størstedelen af kapillarporesystemet vil være fyldt. Betegnelsen Q max 150 vil blive brugt om den maksimale Q-værdi for opsugningsgraferne ved 150 bar. Ved spaltetræk af betonerne efter trykvandmætning blev det dog visuelt observeret at selv ved lavere tryk end 150 bar, var nogle af betonerne våde hele vejen igennem, f.eks. var betonen med v/c = 0,45 våd ved 15 bar. Da det i forbindelse med chloridindtrængning i beton er kritisk, at betonen er våd hele vejen igennem, da chloriderne så er i stand til at blive transporteret gennem betonen, er det dermed ikke sikkert, at det fugtindhold, betonerne har ved Q max 150, er det kritiske. Sandsynligvis vil betonerne allerede være våde hele vejen igennem ved en lavere Q-værdi uden dog at være fuldstændig vandmættede. For betonen med v/c = 0,35 blev der efter alle vandmætninger optegnet et fugtprofil for at få et billede af vandindholdet ind gennem betonen. Dette er især interessant for beton med v/c = 0,35, da denne beton repræsenterer et v/c-forhold, der typisk anvendes ved moderne anlægskonstruktioner. I Afsnit 8.5 omtales vandindholdet i beton med v/c = 0,35 uddybende. Kapillarsugningsforsøg antages normalt at være stabiliserede, når vægtændringen pr. døgn ikke overstiger 0,01-vægt%. Forsøgene udført i forbindelse med dette projekt har dog ikke alle fået lov at vare så lang tid, at vægtændringen blev tilfredsstillende lille. Dette skyldes tidsbegrænsninger, og forsøgene har stået så lang tid, som det overhovedet var muligt. I alle tilfælde er forsøgene først stoppet, når det er vurderet, at bottleneck punktet er nået, men hældningen på grafen efter bottleneck punktet er ikke stabiliseret tilstrækkeligt i alle forsøgene. Dette får bl.a. betydning for den teoretiske fremskrivning til Q max 150, men dette kommenteres under Afsnit 8.4.

66 50 Kapitel 8. Diskussion af resultater 8.2 Diskussion af resultater i ( t, Q)-koordinatsystemer Der blev som omtalt i Kapitel 6 foretaget kapillarsugningsforsøg med både destilleret vand og med saltvand. Som omtalt i Afsnit blev der ved kapillarsugningsforsøgene for alle 3 typer betoner ikke opnået ligeså høje Q-værdier i saltvand som i destilleret vand. Dette gjorde sig også gældende ved kapillarsugningsforsøgene med dummys, se Bilag I. Chloridionerne er altså med til at besværliggøre, at vandet kan trænge ind i porerne. Udover at betonen dermed ikke kan suge så meget vand, medfører det også, at bottleneck punktet hurtigere nås, hvilket ses af resultaterne for t kap for kapillarsugningsforsøgene med saltvand og destilleret vand i Tabel 7.5. For alle v/c-forhold er t kap mindre for forsøgene ved saltvand end for fosøgene ved destilleret vand. I Kapitel 7 er graferne, der viser opsugningsforløbene for de enkelte tryk samlet og vist på Figur Figur 7.5. For tryk på 1 bar, 8 bar og 15 bar, fremgår det af figurerne, at jo højere v/c-forholdet for betonen er, jo højere Q-værdi opnår den. Dette er et udtryk for, at betonerne med høje v/c-forhold har en større kapillarporøsitet og dermed er i stand til at opsuge mere vand. Ved 150 bar adskiller dette billede sig dog for betonerne med v/c = 0,45 og v/c = 0,55. Begge disse betoner har Q max 150 = 2. At opsugningsgrafen for betonen med v/c = 0,55 ikke opnår en højere Q max 150 -værdi end betonen med v/c = 0,45, som tilfældet ellers er ved alle andre undersøgte tryk, kan skyldes målefejl. Men det kan også være et udtryk for, at porestørrelsesfordelingen for betoner med v/c = 0,45 og v/c = 0,55 ikke adskiller sig markant fra hinanden ved de porer, der jf. de teoretiske udregninger ikke kan blive vandfyldt ved 150 bar. Alternativt kan forklaringen ligge i, at betonen med v/c = 0,45 har indeholdt mere luft end betonen med v/c = 0,55. Generelt ses det ved samtlige ( t, Q)-koordinatsystemer, at bottleneck punktet bliver mere markant, jo højere v/c-forholdet er. Ved f.eks. tryk på 15 bar og 150 bar følger graferne for beton med v/c = 0,55 det ideelle forløb beskrevet i Afsnit bedre end betonen med v/c = 0,35. Generelt ses det ved alle tryk, at bottleneck punktet for betonerne med v/c = 0,35 ikke fremtræder markant, og ved specielt 150 bar er det usikkert, hvorvidt opsugningsgrafen overhovedet er stabiliseret. Bottleneck punktet for betonerne med v/c = 0,45 og v/c = 0,55 bliver mere markant, jo større trykket er, ligesom det indtræder hurtigere. Jævnfør Tabel 7.5 ses der en tendens til, at t kap falder, jo højere trykket er for betonerne med v/c = 0,45 og v/c = 0,55. For betonen med v/c = 0,35 er denne tendens dog ikke observeret, hvilket skyldes, at det er tvivlsomt om opsugningsgraferne er stabiliseret tilstrækkeligt. Ved 8 bar er der udover betonerne med v/c = 0,35, v/c = 0,45 og v/c = 0,55 også udført vandmætningsforsøg med storebæltsbetonen. Af Figur 7.3 ses det, at storebæltsbetonen er den af betonerne, der generelt har den laveste Q-værdi. Efter 11 døgn er Q-værdien for storebæltsbetonen 58% lavere end for betonen med v/c = 0,35, hvilket indikerer, at vandet har sværest ved at trænge ind i storebæltsbetonen. Storebæltsbetonen har også et v/c-forhold på 0,35, så forklaringen på den mindre vandopsugning må være, at storebæltsbetonen desuden indeholder en trepunktsblanding, der medvirker til, at betonen bliver mere tæt. Derudover kan forklaringen være, at storebæltsbetonen er længere i sin hydratisering end de andre betoner. I resten af diskussionen vedr. vandmætning, vil storebæltsbetonen ikke blive diskuteret yderligere, da den som sagt kun har medvirket ved vandmætningsforsøg ved 8 bar og derfor ikke er sammenlignelig med de resterende betoner ved de andre tryk. 8.3 Vandmætningsgrader I modsætning til de traditionelle kapillarsugningsgrafer i Kapitel 7, der viser den opsugede vandmængde, Q, som funktion af t, kan det på flere måder give et bedre overblik i stedet at afbilde vandmætningsgraden, S, som funktion af t. Da prøverne, der er anvendt til de forskellige forsøg, ikke har haft præcis samme højde, kan det være svært at sammenligne Q-værdierne direkte, da Q-værdierne afhænger af prøvens højde. Jo højere prøven er, jo mere vand kan den suge, og jo højere Q-værdi kan den opnå. Jævnfør (4.11) og (4.12) er det muligt at beregne hhv. den kapillære vandmætningsgrad og trykvandmætningsgraden for betonerne, og begge størrelser er enhedsløse

67 Kapillær vandmætningsgrad S kap 51 og angiver betonens aktuelle fugtindhold i forhold til det maksimale fugtindhold ved hhv. det aktuelle tryk eller ved 150 bar. Mætningsgraderne angiver dermed et forhold. I dette projekt er det især trykvandmætningsgraden, der er interessant. Ved 150 bar er betonerne våde hele vejen igennem, så trykvandmætningsgraden angiver, hvor tæt betonerne ved det givne tryk er på at være fuldstændig vandmættede. Derfor vil det hovedsageligt være trykvandmætningsgraden, der omtales i det følgende. Dog omtales den kapillære vandmætningsgrad også, da den giver en indikation af, hvor langt betonerne ved de pågældende tryk er fra at nå bottleneck punktet. Både den kapillære vandmætningsgrad og trykvandmætningsgraden bestemmes kun for prøver, der har været anvendt til forsøg med destilleret vand Kapillær vandmætningsgrad S kap Med den kapillære vandmætningsgrad forstås typisk betonens fugtindhold til tiden t i forhold til betonens fugtindhold til tiden t kap ved kapillarsugningsforsøg. Da der i dette projekt er arbejdet med flere tryk højere end 1 bar, vil størrelsen S kap i det følgende ikke kun bruges i relation til kapillarsugningsforsøg ved 1 bar, men også til vandmætningsforsøg ved andre tryk. S kap giver en forståelse for, hvor langt de enkelte betoner er nået i deres opsugningsforløb. For et tryk på 150 bar svarer S kap til S tryk, og denne omtales derfor i forbindelse med trykvandmætningsgraden. I forbindelse med udregning af den kapillære vandmætningsgrad, S kap, indgår jf. (4.11) størrelsen m 0, der angiver tørmassen af betonen, dvs. massen af betonen, når den er udtørret i min. 3 døgn ved 105 C. Det har i dette projekt ikke været muligt at udtørre alle de anvendte prøver og dermed direkte opnå tørmassen for alle prøverne. Da prøverne med de samme v/c-forhold stammer fra samme betonblanding, må det antages, at fugtindholdet i prøver med samme v/c-forhold er ens, da de har hærdet i lige lang tid og er blevet udtørret i lige lang tid. Ved at udtørre så mange prøver som muligt, blev det muligt at bestemme et gennemsnitligt fugtindhold for betonerne ved de 3 v/c-forhold. Jævnfør Appendiks VII havde prøverne ved vandmætningsforsøgenes start, dvs. efter udtørring i ovn ved 40 C i 5 dage, et fugtindhold på u 0,35 = 1,7%, u 0,45 = 3,2,% u 0,55 = 4,6% Det ses, at vandindholdet stiger ved stigende v/c-forhold, hvilket hænger sammen med, at der anvendes mere vand til betoner med højere v/c-forhold. Tørmassen af de enkelte prøver er dermed udregnet ved at trække fugtindholdet fra de pågældende startmasser. Ved vandmætningsforsøgenes start indeholdt prøverne allerede en vis mængde vand. Det betyder, at prøverne ved forsøgenes start generelt har indeholdt 50-80% vand i forhold til, hvor meget vand de maksimalt kunne indeholde. Resultaterne vil derfor blive diskuteret i lyset af dette. I (4.11) ses det, at størrelsen m kap indgår. Denne masse angiver prøvens masse, når bottleneck punktet er nået, dvs. når prøvens masse er stabiliseret. I teorien bør S kap være ca. 1, når bottleneck punktet er nået, og derfor bestemmes m kap jf. de aflæste værdier for Q kap i Tabel 7.6, idet der må gælde m kap = Q kap A + m 40 hvor m 40 angiver prøvernes startmasser, dvs. masserne efter udtørring i ovn ved 40 C i 5 døgn. I forsøgene er Q kap ikke lig Q max ved det givne tryk, da opsugningsforløbene afviger fra de ideelle. Da m 0 og m kap således er bestemt for de enkelte prøver, kan den kapillære vandmætningsgrad beregnes jf. (4.11). I Bilag K ses graferne for S kap som funktion af t for alle v/c-forhold ved tryk på 1 bar, 8 bar og 15 bar. Figur 8.1 viser den kapillære vandmætningsgrad som funktion af t for betonerne ved et tryk på 1 bar.

68 52 Kapitel 8. Diskussion af resultater Figur 8.1: Kapillær vandmætningsgrad som funktion af t for kapillarsugningsforsøg. Bemærk 2. aksens inddeling Af Figur 8.1 ses en forskel i grafernes forløb mellem de enkelte v/c-forhold. Betonen med v/c = 0,35 opnår S kap = 1 efter ca. 10 døgn, betonen med v/c = 0,45 opnår S kap = 1 efter ca. 6 døgn, og betonen med v/c = 0,55 opnår S kap = 1 efter ca. 28 døgn. Der ses altså ingen sammenhæng mellem v/c-forholdet og det tidspunkt, hvor bottleneck punktet nås, hvilket også stemmer overens med resultaterne for t kap i Tabel 7.5 ved 1 bar med destilleret vand. Teoretisk set kunne der argumenteres for, at betoner med et lavt v/c-forhold hurtigst nåede bottleneck punktet, da disse betoner ikke har så stor en kapillarporøsitet og dermed hurtigst får fyldt de kapillarporer, der er. Til gengæld kan adgangen til disse porer være besværliggjort af mindre kapillarporer og gelporer, hvilket kan betyde, at bottleneck punktet vil være længere tid om at blive nået. Tabel 8.1 sammenfatter, hvor lang tid betonerne med de enkelte v/c-forhold ved de forskellige tryk er om at nå S kap = 1. Værdierne er bestemt på baggrund af Figur K.1 - Figur K.3 i Bilag K. Tabel 8.1: Tidspunkter for S kap = 1 for de enkelte v/c-forhold og tryk 1 bar 8 bar 15 bar v/c = 0,35 10 døgn 5 døgn 12 døgn v/c = 0,45 6 døgn 6 døgn 8 døgn v/c = 0,55 28 døgn 5 døgn 6 døgn Tidspunkterne i Tabel 8.1 angiver de tidspunkter, hvor opsugningsgraferne reelt set når bottleneck punktet. Sammenholdes resultaterne med resultaterne i Tabel 7.5, der angiver, hvornår opsugningsgraferne ideelt set når bottleneck punktet, ses det, at tidspunkterne i de to tabeller ikke er ens. At dette ikke er tilfældet skyldes, at opsugningsgraferne afviger fra det ideelle forløb. Det betyder, at de to lineære forløb, som opsugningsgraferne ideelt set burde følge, ikke er tydelig, og graferne når reelt set først Q kap noget senere end t kap. På trods af, at værdierne afviger fra hinanden, ses det dog ved sammenligning af værdierne i Tabel 8.1 og Tabel 7.5, at forholdet mellem dem er ens. Det gælder f.eks. jf. både Tabel 8.1 og Tabel 7.5, at betonen med v/c = 0,45 ved 1 bar hurtigst når bottleneck punktet, herefter følger betonen med v/c = 0,35, og betonen med v/c = 0,55 når sidst bottleneck punktet. Ved 8 bar er det betonerne med v/c = 0,35 og v/c = 0,55, der først når bottleneck punktet. Ved 15 bar er det betonen med v/c = 0,55, der først når bottleneck punktet, herefter følger betonen med v/c = 0,45 og til sidst betonen med v/c = 0,35. Af Tabel 8.1 ses således ingen sammenhæng mellem den kapillære vandmætningsgrad og hverken v/c-forholdet eller trykket. Ved stigende tryk vil kapillarporer af en vis størrelse hurtigere blive vandmættet end ved et mindre tryk. Til gengæld er det muligt at vandmætte flere (større) kapillarporer, og derfor kan det ved et højere tryk godt tage længere tid at opnå S kap = 1.

69 Trykvandmætningsgrad S tryk 53 Resultaterne i Tabel 8.1 skal ses i lyset af, at prøverne alle indeholder en vis mængde vand ved forsøgets start. Havde prøverne været længere i deres hydratisering, ville de have været mere tørre ved forsøgsstart og dermed været længere tid om at nå S kap = 1. Betonen med v/c = 0,35 ville ved fuld hydratisering have været helt tør, da det er en selvudtørrende beton. Betonerne med v/c = 0,45 og v/c = 0,55 ville dog selv ved fuld hydratisering indeholde en vis mængde vand Trykvandmætningsgrad S tryk Trykvandmætningsgraden angiver betonens fugtindhold til tiden t ved et givet tryk i forhold til betonens maksimale fugtindhold ved 150 bar. Trykvandmætningsgraden angiver således, hvor meget vand betonen indeholder til et givent tidspunkt i forhold til, hvor meget vand betonen kan indeholde, idet det antages, at betonen stort set ikke kan opsuge mere vand, end tilfældet er ved 150 bar. For at kunne bestemme trykvandmætningsgraden for en given beton, skal flg. masser jf. (4.12) anvendes for den pågældende beton: m t, m 0 og m 150. Trykvandmætningsgraden beregnes for en beton ved at udsætte den for et vandmætningsforsøg i en given tidsperiode, hvorved de forskellige værdier af m t bestemmes. Herefter trykvandmættes betonen for at finde m 150, og endelig udtørres den for at finde m 0. I forsøgene udført i dette projekt, er det forskellige betoner, der er brugt ved bestemmelse af m t og m 150. Af tidmæssige årsager har det ikke været muligt at trykvandmætte alle betonerne ved 150 bar for at finde m 150 for betonerne. Derfor er det nødvendigt at relatere betonens aktuelle fugtindhold til det maksimale fugtindhold for en anden, men tilsvarende beton. Ved udregning af trykvandmætningsgraden omskrives (4.12) derfor, så den får formen S tryk = (m t m 0 )/m 0 (m 150 m )/m hvor m 0 angiver tørmassen af den pågældende prøve, m angiver tørmassen af den prøve, der er trykvandmættet ved 150 bar, og m 150 angiver den maksimale masse af prøven ved 150 bar. Hermed er trykvandmætningsgraden beregnet for samtlige betoner ved de forskellige tryk. I Bilag K viser Figur K.4 - Figur K.7 trykvandmætningsgraden som funktion af t for alle forsøg. Trykvandmætningsgraden som funktion af t for kapillarsugningsforsøgene er her gengivet på Figur 8.2. (8.1) Figur 8.2: Trykvandmætningsgrad som funktion af t for kapillarsugningsforsøg. Bemærk 2. aksens inddeling På Figur 8.2 ses det ved kapillarsugning, at trykvandmætningsgraden for betonen med v/c = 0,55 generelt er højere end trykvandmætningsgraden for betonerne med både v/c = 0,35 og v/c = 0,45, dvs. at betonen med v/c = 0,55 er tættere på grænsen for, hvornår den er fuldstændig

70 54 Kapitel 8. Diskussion af resultater vandmættet end betonere med v/c = 0,35 og v/c = 0,45. Graferne for de to sidstnævnte betoner har samme forløb og afviger under hele forløbet ca. 2%-point fra hinanden, hvorimod grafen for beton med v/c = 0,55 generelt ligger 9%-point over grafen for betonen med v/c = 0,35. Betonen med v/c = 0,55 nærmer sig med tiden 87% af dens maksimalt mulige vandindhold, hvorimod betonerne med v/c = 0,35 og v/c = 0,45 nærmer sig hhv. 77% og 80% af deres maksimalt mulige vandindhold. Som tilfældet med graferne, der viser den kapillære vandmætningsgrad som funktion af t, se Afsnit 8.3.1, skal resultaterne for trykvandmætningsgraderne også ses i lyset af, at betonerne ikke er færdighydratiserede og derfor indeholder en del vand. Af Figur 8.2 ses det, at betonen med v/c = 0,55 ved forsøgsstart indeholder mere vand end betonerne med v/c = 0,35 og v/c = 0,45, hvilket kan betyde, at trykvandmætningsgraden generelt er noget højere for betonen med v/c = 0,55 end for betonerne med v/c = 0,35 og v/c = 0,45. Det interessante ved trykvandmætningsgraderne er ikke i lige så høj grad de konkrete værdier ved de enkelte tryk som den forskel i trykvandmætningsgrader, der observeres ved de forskellige tryk. Betoner med de samme v/c-forhold har ved de forskellige forsøg indeholdt lige meget vand ved forsøgsstart, og derfor kan ændringen i trykvandmætningsgraderne for betoner med samme v/c-forhold ved forskellige tryk direkte sammenlignes. Figur 8.3 viser trykvandmætningsgraden som funktion af t for vandmætningsforsøget ved 15 bar. Figur 8.3: Trykvandmætningsgrad som funktion af t for trykvandmætning ved 15 bar. Bemærk 2. aksens inddeling På Figur 8.3 ses det, at graferne for betonerne med v/c = 0,35 og v/c = 0,45 ikke længere har samme forløb, som det ellers var tilfældet ved 1 bar. Derimod er grafen for betonen med v/c = 0,45 nu nærmere grafen for beton med v/c = 0,55. Med tiden nærmer beton med v/c = 0,55 sig 97% af dens maksimalt mulige vandindhold, mens beton med v/c = 0,45 nærmer sig 96% af dens maksimale vandindhold. Beton med v/c = 0,35 nærmer sig med tiden ca. 78% af dens maksimalt mulige vandindhold. Samlet set betyder det, at trykvandmætningsgraden for beton med v/c = 0,55 forøges ca. 11% ved en trykstigning fra 1 bar til 15 bar. For betonerne med v/c = 0,35 og v/c = 0,45 er forøgelserne hhv. ca. 1% og ca. 20%. Da det ikke er ønskeligt, at betonen vandmættes, er det typisk at foretrække en så lav trykvandmætningsgrad som mulig, og især for betonen med v/c = 0,45 ses det af forsøgsresultaterne, at trykvandmætningsgraden afhænger af om trykket er 1 bar eller 15 bar. Samme tendens gør sig jf. Figur K.5 allerede gældende vedr. beton med v/c = 0,45 ved et tryk på 8 bar. Tabel 8.2 sammenfatter dette, idet tabellen viser den maksimale trykvandmætningsgrad, der blev opnået for betonerne ved alle vandmætningsforsøg. Forsøgene har ikke varet i lige lang tid, men de har alle stået så længe, at bottleneck punktet var nået.

71 Variation i opsugningsforløb for de enkelte v/c-forhold 55 Tabel 8.2: Maksimale trykvandmætningsgrader 1 bar 8 bar 15 bar 150 bar v/c = 0,35 0,77 0,77 0,78 1,0 v/c = 0,45 0,80 0,93 0,96 1,0 v/c = 0,55 0,87 0,97 0,97 1,0 Af Tabel 8.2 ses det, at trykvandmætningsgraden generelt stiger med stigende v/c-forhold og stigende tryk. Eneste undtagelse er S tryk for betonen med v/c = 0,55, der jf. Tabel 8.2 ikke ændres mellem 8 bar og 15 bar. Dette er udtryk for, at kapillarporøsiteten af betonen med v/c = 0,55 er så stor, at næsten hele kapillarporesystemet allerede er vandfyldt ved et tryk på 8 bar, da S tryk er 97%. Tabel 8.3 giver overblik over hvilken effekt trykændringen har på betonerne med forskelligt v/cforhold allerede efter 1 uges vandpåvirkning, idet tabellen sammenfatter trykvandmætningsgraderne for de enkelte betoner ved de enkelte tryk efter 1 uge. Tabel 8.3: Trykvandmætningsgrader efter 1 uge 1 bar 8 bar 15 bar 150 bar v/c = 0,35 0,74 0,77 0,77 0,93 v/c = 0,45 0,75 0,91 0,95 1,0 v/c = 0,55 0,82 0,94 0,94 1,0 Af Tabel 8.3 ses det, at samme tendens som diskuteret ovenfor gør sig gældende for betonen med v/c = 0,45 allerede efter 1 uge. Her stiger S tryk fra 75% ved 1 bar til 91% ved 8 bar, hvilket svarer til en procentvis stigning på 21%. For betonerne med v/c = 0,35 og v/c = 0,55 er den procentvise stigning hhv. 5% og 14% fra 1 bar til 8 bar. Ved overgangen fra 8 bar til 15 bar, er den procentvise stigning i S tryk for betonen med v/c = 0,45 4%. For betonerne med v/c = 0,35 og v/c = 0,55 er der ingen ændring i S tryk mellem 8 bar og 15 bar, hvilket tyder på, at trykvandmætningsgraden for betonerne ikke er særlig afhængig af, hvorvidt trykket er 8 bar eller 15 bar. Den største procentvise stigning for alle betonerne ligger således i overgangen fra 1 bar til 8 bar. I dette projekt har det maksimalt været muligt at vandmætte betonerne ved et tryk på 150 bar. Af Tabel 8.3 ses det, at betonerne med v/c = 0,45 og v/c = 0,55 begge har opnået fuldstændig vandmætning efter 1 uge, og at betonen med v/c = 0,35 er 93% fuldstændigt vandmættet. Resultaterne for trykvandmætningsgraden ved 150 bar sammenholdes ikke med trykvandmætningsgraden ved de andre tryk. Dette har ikke praktisk relevans, da resultaterne ved 150 bar blot anvendes som referenceværdier. De interessante tryk er dem på 1 bar, 8 bar og 15 bar, da disse angiver tryk, som betonkonstruktioner i virkeligheden kan forventes at blive udsat for Variation i opsugningsforløb for de enkelte v/c-forhold Det er interessant at afbilde opsugningsforløbene, der relaterer til de enkelte v/c-forhold i samme koordinatsystem, da det på en gang giver et overblik over, hvilken betydning et forøget tryk har på opsugningsforløbene. Figur Figur 8.6 viser opsugningsforløbet for beton med hhv. v/c = 0,35, v/c = 0,45 og v/c = 0,55 ved tryk på 1 bar, 8 bar, 15 bar og 150 bar. Opsugningsforløbene er afbildet i ( t, S tryk )-koordinatsystemer.

72 56 Kapitel 8. Diskussion af resultater Figur 8.4: Opsugningsforløb for beton med v/c = 0,35 ved alle undersøgte tryk Figur 8.5: Opsugningsforløb for beton med v/c = 0,45 ved alle undersøgte tryk

73 8.4. Teoretisk fremskrivning til Q max Figur 8.6: Opsugningsforløb for beton med v/c = 0,55 ved alle undersøgte tryk Af Figur Figur 8.6 ses det, at det samlede billede af graferne adskiller sig mellem betonen med v/c = 0,35 og betonerne med v/c = 0,45/0,55. For beton med v/c = 0,35 har graferne for 8 bar og 15 bar samme forløb. Disse grafer afviger fra grafen for 1 bar ved generelt at have højere værdier af S tryk, men forskellen er ikke så markant som ved overgangen fra 15 bar til 150 bar. For betonerne med v/c = 0,45 og v/c = 0,55 sker den mest markante overgang i stedet mellem 1 bar og 8 bar. Efter 10 døgn har betonen med v/c = 0,35 ved 15 bar nået knap 80% af dens maksimalt mulige vandmængde. Betonerne med v/c = 0,45 og v/c = 0,55 har ved 15 bar efter 10 døgn derimod begge opnået ca. 95% af deres maksimalt mulige vandmængde. Den forskel, der opleves mellem beton med v/c = 0,35 og v/c = 0,45/0,55, kan skyldes, at disse betoner repræsenterer hhv. en selvudtørrende beton og betoner, der ikke er selvudtørrende. 8.4 Teoretisk fremskrivning til Q max 150 Som tidligere omtalt vil betonerne, selv efter at bottleneck punktet er nået, fortsat opsuge vand, dog med en betydeligt lavere hastighed end før bottleneck punktet. Da det interessante ved opsugningsgraferne typisk er bestemmelsen af bottleneck punktet, stoppes forsøgene ikke før, vægtændringen er tilstrækkelig stabiliseret, da dette indikerer, at bottleneck punktet er nået. Hvis forsøgene blev stående i årevis, ville de langsomt opsuge mere og mere vand, da de mindste porer med tiden også vil blive vandfyldte. Det er i forbindelse med chloridindtrængning interessant at undersøge, hvornår betonerne er fuldstændig vandmættede, dvs. hvornår betonerne opnår Q max 150. På baggrund af graferne over opsugningsforløbene kan der teoretisk set laves en fremskrivning til, hvornår betonerne vil opnå en Q-værdi svarende til Q max 150. Figur 8.7 viser princippet i den teoretiske fremskrivning illustreret ved beton med v/c = 0,45 ved 15 bar.

74 58 Kapitel 8. Diskussion af resultater Figur 8.7: Princippet i teoretisk fremskrivning til Q max 150 Kendes hældningen på det lineære stykke af opsugningsgrafen efter bottleneck punktet, kan der opstilles en ligning for dette linjestykke, og dermed kan det beregnes, hvornår linjestykket når punktet ( t, Q max 150 ). Det er for de enkelte grafer vurderet hvilken linje, der bedst approksimerer de sidste målinger, og ligningen for dette linjestykke er bestemt. Denne teoretiske fremskrivning er foretaget for samtlige v/c-forhold ved tryk på 1 bar, 8 bar og 15 bar. Hermed er de tider, t, hvor betonerne når Q max 150, fastlagt. Da der i de fleste tilfælde er to grafer, der repræsenterer hvert v/c-forhold, er de teoretiske tider bestemt som et gennemsnit. Resultaterne er angivet i Tabel 8.4, og udregningerne ses i Appendiks XIII. Det skal bemærkes, at de angivne tidspunkter relaterer sig til, hvornår ca. 9 cm høje betoncylindre vil være fuldstændig vandmættede, da forsøgene, der ligger til grund for resultaterne, netop er baseret på 9 cm høje prøver. Tabel 8.4: Teoretiske tider for hvornår betonerne når Q max bar 8 bar 15 bar v/c = 0,35 23 år 2 år 5 år v/c = 0,45 46 år 59 døgn 80 år v/c = 0,55 4 år 25 døgn 1 år Af Tabel 8.4 ses det, at betonen med v/c = 0,35 ved alle tryk er længere tid om at blive vandmættet end betonen med v/c = 0,55. Dette er som forventet, da betonen med v/c = 0,35 i forhold til betonen med v/c = 0,55 indeholder flere små porer, der er lang tid om at blive vandfyldte. Samme tendens gør sig ikke gældende for betonen med v/c = 0,45. Ved både 1 bar og 15 bar tager det jf. Tabel 8.4 længere tid at vandmætte betonen med v/c = 0,45 end betonen med v/c = 0,35, hvilket strider imod teorien. Forklaringen findes i de grafer, den teoretiske fremskrivning har taget udgangspunkt i. Som nævnt under Afsnit 8.1 er det ikke alle opsugningsgraferne, der efter bottleneck punktet er blevet så stabiliserede, som det forventes, at de bliver med tiden. Det betyder, at hældningen af det linjestykke, der anvendes ved fremskrivningen er for stor. Det tidspunkt, der beregnes, vil være mindre jo større hældning, der anvendes. Den aflæste hældning har altafgørende betydning for resultatet, og hvis graferne ikke er tilstrækkelig stabiliseret, vil tiderne dermed blive for små, som det ses af Tabel 8.4. De i Tabel 8.4 angivne værdier er således behæftet med stor usikkerhed. Af Tabel 8.4 ses det især, at tiderne for alle betoner ved 8 bar er de laveste. Det hænger sammen med, at ingen af disse opsugningsgrafer nåede at blive stabiliseret efter bottleneck punktet i lige så høj grad som f.eks. graferne ved 1 bar eller 15 bar. En opsugningsgraf, der er vurderet at være tilstrækkeligt stabiliseret, er den, som er vist på Figur

75 8.5. Vandindhold i beton med et v/c-forhold på 0, for betonen med v/c = 0,45 ved 15 bar. Her fremgår bottleneck punktet og den efterfølgende stabiliserede graf ikke helt tydeligt pga. 1. aksens akseinddeling. Af Figur 7.4 ses det tydeligere, at bottleneck punktet er nået, og grafen er stabiliseret. Også grafen for betonen med v/c = 0,55 ved 15 bar ser ud til at være stabiliseret. Netop på baggrund af disse grafer er det som angivet i Tabel 8.4 beregnet, at det tager 80 år, før betonen med v/c = 0,45 er vandmættet ved 15 bar, og 1 år før betonen med v/c = 0,55 er vandmættet ved 15 bar. At det tager så meget længere tid, før betonen med v/c = 0,45 er fuldstændig vandmættet, skyldes ikke kun, at hældningen på opsugningsgrafen for betonen med v/c = 0,55 måske er for stor, men også det faktum, at betonen med v/c = 0,55 indeholder flere større kapillarporer end betonen med v/c = 0,45. Det betyder, at betonen med v/c = 0,55 allerede ved 15 bar vil kunne få fyldt store dele af sit kapillarporesystem med vand, og en trykforøgelse fra 15 bar til 150 bar har derfor ikke den store betydning i forhold til vandmætningen. For betonen med v/c = 0,35 fremgår det af Tabel 8.4, at det tager 5 år at vandmætte betonen. Teoretisk set burde denne værdi have været højere end værdien for betonen med v/c = 0,45. At dette ikke er tilfældet skyldes, at grafen for betonen med v/c = 0,35 efter bottleneck punktet ikke er stabiliseret tilfredsstillende. Det er vigtigt, at resultaterne i Tabel 8.4 ses i lyset af ovenstående diskussion. Dog fremgår det af Tabel 8.4, at der er en svag tendens til, at vandmætningen går hurtigere, jo højere v/c-forholdet er, og jo større trykket er. Som omtalt i Afsnit 7.1 bliver bottleneck punktet for opsugningsgraferne mere markant, jo højere trykket er, og jo større v/c-forholdet er. Udover at det fremtræder mere synligt, indtræder det også hurtigere, og samlet set betyder det, at den teoretiske fremskrivning bliver mere realistisk for betonerne ved 15 bar end for betonerne ved 1 bar og 8 bar. Derfor angiver værdierne i Tabel 8.4 ved 15 bar en mere realistisk værdi for tidspunktet for vandmætningen end for resultaterne ved 1 bar og 8 bar. 8.5 Vandindhold i beton med et v/c-forhold på 0,35 Når betonerne med et v/c-forhold på 0,35 var færdige med enten kapillarsugnings- eller trykvandmætningsforsøgene, blev prøverne skåret i skiver, for at det kunne beregnes, hvor langt ind i prøverne vandet var nået ved de forskellige tryk samt hvor meget vand, der var trængt ind. En punktinstruks for dette ses i Bilag H. Hver af betonprøverne var omkring 8 cm høje, og de blev derfor skåret ud i 4 skiver, som hver ca. var 1 cm tykke. Der blev kun skåret ind til midten af prøven, da prøven havde suget fra begge sider og derfor måtte forventes at være symmetrisk mht. vandindsugningen om midten. Efter at skiverne havde været i ovnen ved 105 C i 3 døgn, blev de igen vejet, og ud fra differensen mellem vægten af prøven før og efter den blev tørret, kunne vandindholdet for hver skive bestemmes som vægtændringen divideret med tørmassen. Figur 8.8 viser vandindholdet i 2 prøver, der har været udsat for et kapillarsugningsforsøg og et trykvandmætningsforsøg ved 8 bar. Figur 8.8: Vandindhold i forskellige dybder for beton med et v/c-forhold på 0,35 efter kapillarsugning (tv) og tryk på 8 bar (th). Den røde streg angiver vandindholdet i prøven med forsøgets start Betonen, der var anvendt til kapillarsugningsforsøg, havde stået i 44 dage, mens betonen, der havde været udsat for 8 bars tryk, havde stået i 10 dage, før den blev skåret. Det oprindelige vandindhold i betonen med et v/c-forhold på 0,35 ved forsøgsstart er tidligere bestemt til 1,7%, hvilket er markeret med en rød streg på Figur 8.8.

76 60 Kapitel 8. Diskussion af resultater Figur 8.9 viser vandindholdet i 2 prøver, der har været udsat for trykvandmætningsforsøg ved 15 bar og 150 bar. Figur 8.9: Vandindhold i forskellige dybder for en beton med et v/c-forhold på 0,35 efter hhv. et tryk på 15 bar (tv) og 150 bar (th). Den røde streg angiver vandindholdet i prøven med forsøgets start Prøven, der blev anvendt til forsøg ved 15 bar, stod under tryk i 19 dage, før den blev skåret, mens prøven der blev anvendt til forsøg ved 150 bar havde stået under tryk i 20 dage. Også på Figur 8.9 er det vandindhold, som prøverne indeholdt ved forsøgets start, angivet med en rød streg. Ud fra Figur 8.8 og Figur 8.9 ses det generelt, at vandindholdet falder jo længere ind i prøverne, der betragtes. Dog stiger vandindholdet længst inde i de prøver, der har været anvendt til kapillarsugningsforsøg og trykforsøg ved 150 bar. Dette kan skyldes, at der ikke er fjernet nok vand ved tryklufttørring, inden prøverne blev sat i ovnen, hvilket har medvirket til et tilsyneladende højere vandindhold, se Bilag H. Ud fra Figur 8.8 og Figur 8.9 ses det, at vandindholdet igennem alle prøverne er højere end det vandindhold, prøverne indeholdt inden forsøgene start, nemlig 1,7%. Figurerne viser således, at der er kommet vand hele vejen ind igennem alle prøverne. Det ses også, at vandindholdet for prøven ved 150 bar er højst ved de forskellige dybder sammenlignet med de andre prøver. Skiven, der er udtaget 0-1 cm inde i prøven, har et vandindhold på 4,3%, mens den inde omkring midten af prøven har et vandindhold på 3,9% ved 150 bar. Det ses, at prøven, der har været udsat for kapillarsugningsforsøg, har det mindste vandindhold ind gennem prøven, selvom det er den, der har stået i længst tid. Her er vandindholdet 0-1 cm inde i prøven 4,0%, mens det er 3,4% 2-3 cm inde i prøven, hvilket er det lavest målte. I forbindelse med chloridforsøgene måles chloridindholdet i betoner med v/c = 0,35 udsat for 1 bar og 8 bar. Det vil i Afsnit 8.6 blive omtalt, at indtrængningsdybden for chloriderne i disse betoner er ca. 15 mm. Da chloriderne transporteres via vandet, tyder dette på, at vandet kun er trængt 15 mm ind i betonerne. At vandet jf. resultaterne på Figur 8.8 er trængt helt ind til midten af betonerne, strider dermed imod resultaterne fra chloridforsøgene. Dog har vandmætnings- og chloridforsøgene ikke varet lige lang tid. 8.6 Chloriddiffusionskoefficienter, overfladekoncentrationer og indtrængningsdybder De 2 værdier, overfladekoncentrationen C s og chloriddiffusionskoefficienten D, karakteriserer jf. Kapitel 5 chloridindtrængningen i beton. I det flg. vil disse 2 størrelser, som blev bestemt i forbindelse med forsøgene, blive diskuteret nærmere. Resultaterne er kun baseret på ét forsøg for hvert v/c-forhold ved 1 bar og 8 bar. Resultaterne burde have været underbygget af flere forsøg for at være så repræsentative som mulig Diskussion af chloriddiffusionskoefficienter Hvor modstandsdygtig en beton er over for chloridindtrængning kan udtrykkes vha. chloriddiffusionskoefficienten som omtalt i Afsnit 5.4. I Kapitel 7 viser Tabel 7.8 og Tabel 7.9 chloriddiffusionskoefficienterne for betonerne, der i dette projekt er blevet eksponeret for chlorider ved 1 bar og 8 bar.

77 Chloriddiffusionskoefficienter ved 1 bar Chloriddiffusionskoefficienter ved 1 bar Chloridindtrængningen blev ved kapillarsugningsforsøgene både undersøgt ved tørre betoner og ved vandmættede betoner, da disse to typer forsøg præsenterer to fundamentale forskelle. Chloridindtrængningen i de vandmættede prøver er udtryk for ren diffusion, dvs. chloriderne trænger udelukkende ind i betonen pga. en koncentrationsforskel. I de tørre prøver trænger chloriderne derimod ind i betonen pga. en kombineret diffusion og kapillarsugning. Det vil sige, udover at chloriderne trænger ind i betonen pga. en koncentrationsforskel, vil de også blive transporteret ind i betonen via vandet. Fejlfunktionsløsningen til Fick s 2. lov for diffusion, som chloriddiffusionskoefficienten bestemmes på baggrund af, bygger på en antagelse om, at diffusionen sker i et vandmættet miljø, dvs. i dette tilfælde i en vandmættet beton. Som det også fremgår af Figur J.32 - Figur J.37 har det især for beton med v/c = 0,45 og v/c = 0,55 været nemmest at fitte fejlfunktionsløsningen til målepunkterne for den vandmættede prøve, men også ved de tørre prøver er der opnået tilfredsstillende resultater. I Tabel 7.8 ses, at det giver en forskel i chloriddiffusionskoefficienten, at der er tale om tørre eller vandmættede prøver. Chloriddiffusionskoefficienten er for alle 3 betoner størst, når prøven på forhånd er tør, hvilket er udtryk for, at chloriderne lettere trænger ind i de tørre prøver. I forbindelse med forforsøgene blev chloriddiffusionskoefficienter for chloridindtrængning ved 1 bar ligeledes bestemt. Forforsøgene adskilte sig fra de endelige forsøg ved, at prøverne ikke var fuldt neddykkede, men kun sugede chlorider fra den ene endeflade. Som omtalt i Bilag I var der en vis usikkerhed på chloriddiffusionskoefficienterne bestemt ved forforsøgene, da prøverne stod uden for saltvandet en betragtelig periode, før chloridindholdet blev målt. Ved sammenligning af chloriddiffusionskoefficienterne i Tabel 7.8 med chloriddiffusionskoefficienterne i Tabel I.2 ses det, at chloriddiffusionskoefficienterne generelt er lavere end chloriddiffusionskoefficienterne for dummys. Forklaringen kan skyldes, at resultaterne fra forforsøgene er behæftet med en vis usikkerhed, eller det kan skyldes forskellen i udførelsen af forforsøgene og de endelige forsøg. Ved chloridforsøgene ved 1 bar ses det af Tabel 7.8, at jo større betonens v/c-forhold er, jo højere er chloriddiffusionskoefficienten. Dette er både tilfældet for de tørre og for de vandmættede betoner, og det er udtryk for, at chloriderne har nemmere ved at trænge ind i betoner med høje v/c-forhold end i betoner med lave v/c-forhold. For de tørre betoner er chloriddiffusionskoefficienten 2 gange større for betonen med v/c = 0,45 end for betonen med v/c = 0,35. Tilsvarende er chloriddiffusionskoefficienten for beton med v/c = 0,55 3 gange større end for beton med v/c = 0,35. De ved forsøgene bestemte chloriddiffusionskoefficienter kan sammenlignes med de tabellerede værdier for chloriddiffusionskoefficienter i Tabel 2.1. I Tabel 2.1 er der angivet chloriddiffusionskoefficienter for betoner med v/c = 0,4, v/c = 0,5 og v/c = 0,6. Rundes v/c-forholdene op for betonerne anvendt i dette projekt, kan de dermed sammenlignes med de tabellerede værdier. Den vandmættede beton med v/c = 0,35 har en chloriddiffusionskoefficient på 3, m 2 /s, som ved sammenligning med den tabellerede værdi for beton med v/c = 0,4 ses at ligge inden for det angivne interval. Det samme gør sig gældende for chloriddiffusionskoefficienten for den tørre beton med v/c = 0,35. Den vandmættede beton med v/c = 0,45 har en chloriddiffusionskoefficient på 6, m 2 /s, hvilket er 43% lavere end den i Tabel 2.1 angivne værdi for beton med v/c = 0,5. Da chloriddiffusionskoefficienten stiger med stigende v/c-forhold, er det at forvente at chloriddiffusionskoefficienten er lavere end den tabellerede, der sammenlignes med, da denne trods alt har et højere v/c-forhold. Også chloriddiffusionskoefficienten for den tørre beton med v/c = 0,45 er lavere end tabelværdien. Den vandmættede beton med v/c = 0,55 har en chloriddiffusionskoefficient på 9, m 2 /s, hvilket ligger inden for det i Tabel 2.1 angivne interval. Det samme gør sig gældende for den tørre beton med v/c = 0, Chloriddiffusionskoefficienter ved 8 bar Tabel 7.9 i Kapitel 7 viser chloriddiffusionskoefficienterne, der er blevet bestemt for betonerne, der har været udsat for en chloridpåvirkning ved et tryk på 8 bar. Betonerne har været eksponeret

78 62 Kapitel 8. Diskussion af resultater for chlorider i forskellige tidsperioder, men jf. fejlfunktionsløgningen til Fick s 2. lov, afhænger chloriddiffusionskoefficienten ikke af tiden, og derfor bør alle de fundne chloriddiffusionskoefficienter kunne sammenlignes. Jævnfør Afsnit 5.4 afhænger chloriddiffusionskoefficienten i realiteten dog af faktorer såsom betonens alder, men da forskellen i tid for chlorideksponering maksimalt er 4 døgn, vurderes denne aldersafhængighed at være ubetydelig. Som kommenteret i forbindelse med resultaterne for chloridprofilerne i Afsnit 7.2 var det generelt sværere at fitte fejlfunktionsløsningen til Fick s 2. lov til måleresultaterne ved 8 bar end ved 1 bar. For chloridprofilerne for betonerne med v/c = 0,45 og v/c = 0,55 skyldtes det bl.a., at chloriderne var trængt længere ind i prøven end til midten af prøven, der var 8 cm - 9 cm høj. Da prøverne var udsat for en chlorideksponering på begge endeflader, betød det, at chloridprofilerne fra hver side påvirkede hinanden. Fejlfunktionsløsningen bygger på en antagelse om, at chloriddiffusionen sker gennem et halvuendeligt emne. Dette har ikke været tilfældet til sidst i forsøgene, hvor chloriderne har nået midten af prøverne, og dette har haft betydning for, hvor godt fejlfunktionsløsningen kan fitte målepunkterne. I betonen med v/c = 0,35 var dette ikke tilfældet, og fejlfunktionsløsningen ved 8 bar fittede målepunkterne pænt. Chloridprofilet for storebæltsbetonen er forbundet med en vis usikkerhed, da målepunkterne heller ikke i dette tilfælde fitter fejlfunktionsløsningen tilfredsstillende. At fejlfunktionsløsningen generelt fittede målepunkterne dårligere ved 8 bar end ved 1 bar kan skyldes, at løsningen som nævnt baseres på ren chloriddiffusion, svarende til diffusion i vandmættede miljøer. Ved 1 bar er det begrænset, hvor hurtigt vandet suges op i prøven ved kapillarsugning, og diffusionen vil derfor få en vis betydning. Ved 8 bar presses vandet ind i betonen med en større hastighed end ved 1 bar, og selve chloriddiffusionen har derfor ikke så stor betydning i forhold til chloridindtrængningen via vandet. På trods af at det var sværere at tilpasse fejlfunktionsløsningen til måleresultaterne for 8 bar, er der i alle tilfælde optegnet chloridprofiler, der angiver en tilnærmet tendens for chloridvariationen gennem betonen. Af Tabel 7.9 ses det, at chloriddiffusionskoefficienten for alle v/c-forhold er større ved et tryk på 8 bar end ved et tryk på 1 bar. Sammenlignes chloriddiffusionskoefficienterne ved 8 bar med tabelværdierne i Tabel 2.1 ses det for alle v/c-forhold, at de ved forsøgene fundne værdier afviger fra tabelværdierne, da de er højere. Ud fra resultaterne i Tabel 7.9 ses det, at chloriddiffusionskoefficienten for beton med v/c = 0,45 er større end for beton med v/c = 0,35, hvorimod chloriddiffusionskoefficienten for beton med v/c = 0,55 er lavere end for beton med v/c = 0,35. Dette er udtryk for, at betonen med v/c = 0,55 har været mere modstandsdygtig over for chloridindtrængning end betonen med v/c = 0,35. Dette er i modstrid med teorien og i modstrid med de resultater, der blev opnået ved kapillarsugningsforsøgene. Forklaringen findes i de pågældende chloridprofiler, der som nævnt har været svære at fitte. Ved 8 bar er chloriddiffusionskoefficienten desuden bestemt for storebæltsbetonen, og af Tabel 7.9 ses det, at storebæltsbetonen er den, der har den laveste chloriddiffusionskoefficient. Chloriddiffusionskoefficienten for storebæltsbetonen er halvt så stor som for betonen med v/c = 0,35. Storebæltsbetonens v/c-forhold er også 0,35, men det ses, at tilsætning af trepunktsblandingen har medført, at storebæltsbetonen er mere modstandsdygtig over for chloridindtrængning. Desuden kan forskellen skyldes, at storebæltsbetonen er længere i sin hydratisering Diskussion af overfladekoncentrationer Overfladekoncentrationen udtrykker, hvor stor chloridkoncentrationen er ved betonens overflade. Dette hænger ikke nødvendigvis sammen med, hvor langt ind i betonen chloriderne er trængt, men en høj overfladekoncentration er typisk udtryk for, at chloridkoncentrationen ind gennem betonen er stor. I Kapitel 7 viser Tabel 7.8 og Tabel 7.9 overfladekoncentrationerne for betonerne, der i dette projekt er blevet eksponeret for chlorider. I Tabel 7.8, der viser overfladekoncentrationen for forsøgene ved 1 bar, ses overfladekoncentrationerne at stige med stigende v/c-forhold, hvilket både er gældende for tørre og vandmættede betoner. Dette hænger sammen med, at jo højere v/c-forholdet er, jo større kapillarporøsitet har betonen, og jo nemmere har chloriderne ved at trænge ind. For betonerne med v/c = 0,35 og v/c = 0,55 ses det, at overfladekoncentrationen er større for betonerne, der var vandmættede ved forsøgets start end for betonerne, der var tørre. For

79 Diskussion af indtrængningsdybder 63 betonen med v/c = 0,45 ses det derimod, at overfladekoncentrationen er størst for betonerne, der var tørre ved forsøgets start. Af Tabel 7.9, der viser overfladekoncentrationerne ved et tryk på 8 bar, ses det ligeledes, at overfladekoncentrationen stiger med stigende v/c-forhold. Sammenlignes storebæltsbetonen og betonen med v/c = 0,35 ses det, at storebæltsbetonen har den laveste overfladekoncentration. Dette skyldes, at chloriderne ikke trænger lige så langt ind i denne beton som i betonen med v/c = 0,35 på trods af, at de har samme v/c-forhold Diskussion af indtrængningsdybder På baggrund af fejlfunktionsløsningen til Fick s 2. lov, der er tilpasset målepunkterne bedst muligt, har det været muligt at bestemme indtrængningsdybden for chloriderne i de enkelte betoner, og resultaterne for hhv. 1 bar og 8 bar er vist i Tabel 7.8 og Tabel 7.9. Ved 1 bar ses det, at chloriderne ved alle v/c-forhold trænger længere ind i de tørre prøver end i de vandmættede. Dette hænger som tidligere nævnt sammen med, at chloriderne i de tørre prøver også transporteres ind i betonen via vandet og ikke kun ved ren diffusion. I de tørre prøver trænger chloriderne 16 mm ind i beton med v/c = 0,35, 25 mm ind i beton med v/c = 0,45 og 30 mm ind i beton med v/c = 0,55. Dette er målt efter 23 dage. I de vandmættede prøver er indtrængningsdybderne 2-5 mm mindre afhængig af v/c-forholdet. Jo højere v/c-forholdet er, jo længere ind i betonerne trænger chloriderne således, da betonerne har en større kapillarporøsitet. Ved 8 bar er chloriderne trængt 14 mm ind i betonen med v/c = 0,35 efter blot 1 døgns chlorideksponering. Ved både betonen med v/c = 0,45 og v/c = 0,55 er chloriderne trængt 30 mm ind i betonen, og de har begge været udsat for chlorideksponering i 5 dage. Der er for begge betoner målt et chloridindhold hele vejen igennem prøven, og da betonerne har suget chlorider fra 2 endeflader, har chloridprofilerne påvirket hinanden. Indtrængningsdybden i Tabel 7.9 er angivet på baggrund af fejlfunktionsløsningen til Fick s 2. lov, der ved en given dybde vil give et chloridindhold på 0. Da 2 chloridprofiler påvirker hinanden, er der en vis usikkerhed på indtrængingsdybderne for betonerne med v/c = 0,45 og v/c = 0, Sammenligning af chloridindtrængning ved 1 bar og 8 bar Tabel 8.5 sammenfatter de omtalte chloridparametre ved forsøgene med 1 bar og 8 bar for de 3 typer betoner. Der er kun medtaget resultater for tørre prøver ved 1 bar, da disse kan sammenlignes med resultaterne ved 8 bar. Tabel 8.5: Diffusionskoefficienter og overfladekoncentrationer for tørre prøver i saltvand ved kapillarsugning og 8 bar Tid Overfladekonc. Diffusionskoef. Indtrængnings- [dage] C s [mg/kg] D [m 2 /s] dybde [mm] Storebæltsbeton, 8 bar v/c = 0,35, kap ,0 16 v/c = 0,35, 8 bar v/c = 0,45, kap ,3 25 v/c = 0,45, 8 bar v/c = 0,55, kap v/c = 0,55, 8 bar Af Tabel 8.5 ses det, at chloriddiffusionskoefficienten for betonen med v/c = 0,35 er 12 gange større ved 8 bar end ved 1 bar. For betonen med v/c = 0,45 er chloriddiffusionskoefficienten 7 gange større, mens den er 3 gange større for betonen med v/c = 0,55. Umiddelbart tyder dette på, at en trykforøgelse har størst betydning for chloriddiffusionskoefficienten og dermed for chloridindtrængningen for beton med v/c = 0,35. Af Figur J.38 - Figur J.41 ses det dog, at hvor fejlfunktionsløsningen fitter måledataene for beton med v/c = 0,35 godt, så har det været vanskeligt at få grafen tilpasset måledataene for beton med v/c = 0,45 og v/c = 0,55 tilfredsstillende. Samlet

80 64 Kapitel 8. Diskussion af resultater set gælder det dog, at chloriddiffusionskoefficienten i høj grad afhænger af det pågældende tryk i og med, at chloriddiffusionskoefficienterne er betydeligt forøget, hvilket indikerer, at betonerne er blevet mindre modstandsdygtige over for chloridindtrængning. Chloriderne trænger jf. Tabel 8.5 ca. 1,5 cm ind i betonen med v/c = 0,35 ved både 1 bar og 8 bar. Forskellen er, at kapillarsugningsforsøgene varede 23 dage, hvorimod forsøget ved 8 bar kun varede 1 dag. For betonen med v/c = 0,45 er chloriderne trængt længere ind i betonen ved et tryk på 8 bar end ved kapillarsugningsforsøget. Det på trods af at chlorideksponeringen ved 8 bar kun varede 5 dage modsat kapillarsugningsforsøget, der varede 23 dage. For betonen med v/c = 0,55 er chloriderne jf. fejlfunktionsløsningen trængt lige langt ind ved begge forsøg. I realiteten blev der dog målt chlorider hele vejen gennem betonen efter forsøget på 8 bar, hvilket ikke var tilfældet ved kapillarsugningsforsøget. En trykændring på 1 bar til 8 bar påvirker således både indtrængingsdybden samt den tid, det tager for chloriderne at trænge ind i betonen.

81 65 Kapitel 9 Konklusion 9.1 Konklusion på vandindtrængning Vandindtrængning i betoner med 3 forskellige v/c-forhold (0,35, 0,45 og 0,55) er blevet undersøgt ved 4 forskellige tryk (1 bar, 8 bar, 15 bar og 150 bar). Forsøgene blev udført med henblik på at fastlægge, hvor meget vand, der trænger ind i betonerne ved de enkelte tryk, hvilket er interessant i forbindelse med chloriddiffusion, der kun kan finde sted i vandmættede miljøer. Ved tryk på 1 bar, 8 bar og 15 bar blev det generelt observeret, at jo højere v/c-forhold betonen havde, jo mere vand opsugede den, hvilket er i overensstemmelse med teorien, der foreskriver, at jo højere v/c-forhold jo større kapillarporøsitet. Samtidig observeredes det, at jo højere trykket var, jo mere vand opsugede betonerne. Alt efter betonernes v/c-forhold observeredes dog en forskel i, hvor afhængig vandmætningen af betonerne var af trykket. Den maksimale trykvandmætningsgrad for betonen med v/c = 0,35 blev mellem 1 bar og 15 bar forøget med 1%. Et andet billede tegnede sig for betonerne med v/c = 0,45 og v/c = 0,55. Ved overgangen fra 1 bar til 15 bar var stigningen i maksimale trykvandmætningsgrader hhv. 20% og 11%. Det er således især betonen med v/c = 0,45, hvis vandmætning afhænger af trykket, men vandmætning af betonen med v/c = 0,55 afhænger også af trykket i højere grad end betonen med v/c = 0,35. Forskellen, der observeredes mellem betonen med v/c = 0,35 og betonerne med v/c = 0,45/0,55, kan skyldes, at disse betoner repræsenterer hhv. en selvudtørrende beton og ikke-selvudtørrende betoner. Ved 8 bar blev vandmætningen af storebæltsbetonen undersøgt, og det blev observeret, at der ikke trænger lige så meget vand ind i storebæltsbetonen som i betonen med v/c = 0,35. Efter 11 døgn var der trængt 58% mindre vand ind i storebæltsbetonen end i betonen med v/c = 0,35. Dette skyldes, at storebæltsbetonen har tilsat en trepunktsblanding, der har medvirket til at gøre den mere tæt, samt at den er længere i sin hydratisering. 9.2 Konklusion på chloridindtrængning Ved kapillarsugningsforsøgene ved 1 bar blev både tørre betoner og vandmættede betoner udsat for en chlorideksponering. Chloridindtrængningen i de vandmættede betoner svarer til ren diffusion, der matematisk set kan beskrives ved fejlfunktionsløsningen til Fick s 2. lov for diffusion. Chloridindtrængingen i de tørre prøver er derimod en kombination af diffusion og kapillarsugning. På baggrund af de optegnede chloridprofiler for begge typer forsøg blev det vurderet, at fejlfunktionsløsningen ligeledes kunnne anvendes til beskrivelse af chloridindtrængningen i de tørre prøver, da løsningen kunne fittes målepunkterne. I alle 3 betoner trængte chloriderne længere ind i de tørre betoner end i de vandmættede. I forbindelse med fastlæggelsen af fejlfunktionsløsningen for den enkelte beton, blev chloriddiffusionskoefficienten for betonerne bestemt, og jo højere v/c-forholdet var, jo større var chloriddiffusionskoefficienten, ligesom den var større for tørre betoner end for vandmættede. Dette er udtryk for, at jo højere v/c-forholdet er, jo mindre modstandsdygtig er betonen over for chloridindtrægning. I forbindelse med en betonkonstruktion i vand vil betonen i konstruktionens første levetid være tør, og derfor havde forsøgene udført på tørre prøver den primære interesse. Ved 8 bar var det således

82 66 Kapitel 9. Konklusion kun tørre prøver, der blev udsat for en chlorideksponering. Udover de 3 betoner, der var blevet støbt til dette projekt, blev chloridforsøgene ved 8 bar også udført på beton fra Storebæltsbroen. Chloridprofilerne ved 8 bar var generelt vanskeligere at fitte til målepunkterne end tilfældet var ved 1 bar. På trods af dette blev der i alle tilfælde optegnet chloridprofiler, der angiver en tilnærmet tendens for chloridvariationen gennem betonerne. Ved at sammenligne resultaterne for 1 bar og 8 bar ses det, at chloriddiffusionskoefficienten for alle 3 betoner stiger, jo højere trykket er. For betonen med v/c = 0,35 er chloriddiffusionskoefficienten ved 8 bar m 2 /s, hvilket er 12 gange så stor som ved 1 bar. For betonerne med v/c = 0,45 og v/c = 0,55 er chloriddiffusionskoefficienten hhv m 2 /s og m 2 /s ved 8 bar, hvilket svarer til, at chloriddiffusionskoefficienten for betonen med v/c = 0,45 er 7 gange større ved 8 bar end ved 1 bar, mens den for betonen med v/c = 0,55 er 3 så stor ved 8 bar som ved 1 bar. Det er ligeledes interessant at bemærke indtrængningsdybden for chloriderne. Ved kapillarsugningsforsøgene trængte chloriderne i betonen med v/c = 0,35 16 mm ind i den tørre beton, hvilket skete på 23 dage. Ved en chlorideksponering i kun 1 døgn ved 8 bar trængte chloriderne næsten lige så langt, nemlig 14 mm, ind i betonen. Ved betonerne med v/c = 0,45 og v/c = 0,55 observeredes samme tendens. Ved 8 bar trængte chloriderne ind over midten af betonerne, svarende til mere end 40 mm, hvorimod de kun trængte mm ind i betonerne ved kapillarsugningsforsøgene. For disse betoner var eksponeringstiden 5 dage ved 8 bar og 23 dage ved kapillarsugningsforsøgene. Chloridindtrængingen i forsøgene udført i dette projekt er således i høj grad påvirket af, om trykket er 1 bar eller 8 bar.

83 67 Kapitel 10 Erfaringer og videre perspektiver I forbindelse med de forsøg, der er foretaget i dette projekt, har vi gjort os en del erfaringer, hvoraf vi her kort vil opsummere de vigtigste for at lette andres arbejde inden for samme område. Tidshorisonten er vigtig ved planlægningen af forsøgene især mht. vandindtrængning. Vi måtte ved flere af forsøgene konstatere, at det ikke var tidsmæssigt muligt at opnå en tilfredsstillende stabilisering af prøvernes vægtændring. Dette var især tilfældet for forsøgene ved 1 bar og 8 bar for alle v/c-forhold, men også ved 15 bar og 150 bar for betonen med et v/c-forhold på 0,35. Da trykkammeret til forsøg ved 8 bar både skulle bruges til forsøg med destilleret vand og saltvand, var der især tidsmæssige problemer med prøverne, der skulle trykvandmættes ved 8 bar. For at kunne beregne trykvandmætningsgraden har det været nødvendigt at kende tørmasserne af prøverne, dvs. massen af prøven efter den har tørret min. 3 døgn i en ovn ved 105 C. Desuden ønskede vi at bestemme vandindholdet i prøver med et v/c-forhold på 0,35 ved alle undersøgte tryk, hvorfor disse blev skåret i skiver. Dette gjorde, at vores ønske om at spaltetrækprøve prøverne, så vi visuelt kunne bedømme, hvor langt ind vandfronten var nået, ikke kunne imødekommes, da der ikke var nok prøver. Havde vi haft tiden til det, havde det været at foretrække at der til udvalgte forsøg blev trykvandmættet én prøve, der kunne bruges til spaltetrækforsøg. For at kunne beregne trykvandmætningsgraden for de enkelte betoner, burde det have været den samme beton, der blev trykvandmættet ved et givent tryk, herefter trykvandmættet fuldstændigt, dvs. ved 150 bar, og endelig udtørret. På grund af at alle trykkamre var i brug til flere forsøg samtidig, var dette ikke muligt, hvilket har ført til usikkerhed på bl.a. resultatet for trykvandmætningsgraden. Det er en arbejdsmæssig stor opgave at udarbejde chloridprofiler. Den pågældende prøve skal fræses i små intervaller, hvilket er et tidsmæssigt krævende arbejde, og herefter skal chloridindholdet måles i så mange intervaller, at der opnås et billede af chloridindholdets variation ind gennem prøven. Der er i dette projekt kun udarbejdet ét chloridprofil for hvert v/c-forhold ved hvert tryk. Principielt burde der have været udarbejdet flere chloridprofiler for at eliminere målefejl og usikkerheder og for at kunne forsvare, at resultaterne er så repræsentative som mulig. Ved fræsning er det vigtigt, at prøven og bakken, hvori pulveret opsamles, rengøres grundigt mellem hver fræsning. Vi brugte en pensel, men trykluft kan anbefales hvis muligt, således at chloridindholdet i de enkelte intervaller ikke påvirkes af de foregående Det ideelle kandidatprojekt Dette projekt har gabt over 2 i sig selv store områder, nemlig vandindtrængning i beton under tryk og chloridindtrængning i beton under tryk. Den primære interesse i projektet har været selve chloridindtrængningen, men da vandindtrængning er en forudsætning for, at chloriderne overhovedet er i stand til at trænge ind i beton, har en stor del af fokus med projektet ligget på vandindtrængningen. Skal der arbejdes videre med problemstillingen behandlet i dette projekt, vil det være oplagt kun at behandle én af de 2 problemstillinger og til gengæld behandle det pågældende emne mere uddybdende. Vi vil her kort skildre, hvordan det ideelle kandidatprojekt efter vores opfattelse kunne opbygges med fokus på enten vandindtrængning i beton under tryk eller med fokus på chloridindtrængning i beton under tryk.

84 68 Kapitel 10. Erfaringer og videre perspektiver Ligger fokus på vandindtrængning i beton under tryk bør de undersøgelser, der er udført i dette projekt, suppleres med flere forsøg. Den samme beton, bør udsættes for vandmætningsforsøg ved det pågældende tryk og herefter trykvandmættes ved 150 bar for at eliminere målefejl og usikkerheder. Desuden bør flere prøver med samme v/c-forhold udsættes for samme forsøg, så det også bliver muligt at spaltetrækprøve prøverne og dermed visuelt observere vandfrontens indtrængning. Det kunne være interessant at få det tidsmæssige aspekt med ind i billedet i langt højere grad, end det lykkedes i dette projekt. Alle vores 8 cm - 9 cm høje prøver med et v/c-forhold på 0,35 var ved forsøgenes afslutning våde hele vejen gennem prøven. Det var derfor ikke muligt at lave en teoretisk fremskrivning til, hvordan vandfronten trænger ind i betonen som funktion af tiden og dermed i sidste ende beregne, hvor lang tid det vil tage en 40 cm tyk tunnelvæg at blive vandmættet. Man kunne derfor lave forsøg, hvor betonerne vandmættes i en given tidsperiode, hvorefter vandindholdet bestemmes flere steder i betonen som beskrevet i Bilag H. På baggrund af den variation man vil opleve med tiden, bliver det muligt at få det tidsmæssige aspekt med ind i billedet. Desuden kunne man lægge mere vægt på at bestemme den kritiske vandmætning, dvs. på at bestemme hvornår betonerne bliver våde hele vejen igennem, da chloriderne hermed kan trænge igennem betonen. Ligger fokus på chloridindtrængning i beton under tryk bør der først og fremmest udarbejdes mindst 2 - helst 3 - chloridprofiler for samme v/c-forhold ved de enkelte tryk. Forsøgene kan evt. nøjes med at blive baseret på 2 forskellige v/c-forhold, f.eks. 0,35 og 0,45, således at der er repræsenteret både en selvudtørrende og en ikke-selvudtørrende beton. I vores forsøg har forskellen i resultater især været adskilt mellem betoner med et v/c-forhold på 0,35 og et v/c-forhold på 0,45/0,55, og derfor ser vi ingen grund til både at medtage beton med et v/c-forhold på 0,45 og på 0,55. Prøverne bør eksponeres for chlorider ved flere tryk end 1 bar og 8 bar. Vores resultater tydede på, at det har stor betydning for chloridindtrængningen, hvilket tryk, der arbejdes med. Det vil derfor være interessant også at arbejde med tryk på f.eks. 5 bar og 15 bar for at få et bedre overblik over, hvilken effekt en ændring i tryk reelt set har.

85 Litteratur 69 Litteratur [1] Kapillarsugning, LBM-prøvemetode 1, 6108/14, CBN:sl [2] Nordtest method. NT Build 492. Concrete, mortar and cement-based repair materials: chloride migration coefficient from non-steady-state migration experiments [3] Vejledning til øvelsen Betonstøbning, kursus Bygningsmaterialer - anvendelse og forsøg. BYG DTU, [4] Vejledning til øvelsen Porøsitet, densitet og kapillarsugning, kursus Ingeniørarbejde. BYG DTU, [5] Cement & Beton, 17. udgave. Aalborg Portland, september [6] Sika Danmark A/S. Sika ViscoCrete R -10, Produkt datablad [7] J.M Frederiksen og E. Poulsen. HETEK. Chloridindtrængning i beton - vejledning. Rapport nr. 87. Vejdirektoratet, [8] Kurt Kielsgaard Hansen et. al. Bygningsingeniørernes materialer - uddrag af Materialebogen. Nyt Teknisk Forlag, [9] Søren Erik Hedegård. Flyveaskebeton. Proportionering og tæthed overfor indtrængning af kloridioner og vand. Juli [10] Anders Henrichsen et. al. HETEK. Frostprøvningsmetoder til bestemmelse af højkvalitetsbetons frostbestandighed. Opsummering, Konklusion og Anvisning. Rapport nr Vejdirektoratet, [11] Aage D. Herholdt et. al. Beton-bogen. Aalborg Portland, [12] André Kûter. Management of Reinforcement Corrosion - A Thermodynamic Approach. PhD Thesis [13] Anders Nielsen og Finn R. Gottfredsen. Bygningsmaterialer. Grundlæggende egenskaber. Polyteknisk Forlag, 1. udgave, 4. oplag [14] L.-O. Nilsson et. al. HETEK. Chloride penetration into concrete, State-of-the-Art, Transport Processes, corrosion initiation, test methods and prediction models. Report No. 53. Road Directorate, [15] Birgit Sørensen. Kloridtransport i beton. Beton-Teknik, [16] Erik Stoltzner og Birgit Sørensen. Chloridundersøgelser på Farø broerne

86

87 Bilag

88

89 73 Bilag A Betonproportionering Der proportioneres 3 betonblandinger med v/c-forhold på hhv. 0,35, 0,45 og 0,55. For blandingerne med et v/c-forhold på 0,45 og 0,55 anvendes grundlæggende samme recept, mens det for blandingen med et v/c-forhold på 0,35 er nødvendigt at anvende et superplastificeringsmiddel, for at betonen kan vibreres ordentligt og opnår den ønskede bearbejdelighed. Proportioneringen udføres tildels efter Aalborg Portland-metoden, men da der ønskes et fast cementindhold på omkring 375 kg/m 3, da det er anvendt ved storebæltsbetonen, er det nødvendigt at ændre i den normale fremgangsmåde. Der anvendes ingen puzzolaner såsom flyveakse og mikrosilica i betonblandingen for at undgå, at de har indflydelse på resultaterne. Der anvendes heller ikke luftforøgende middel, og det forventes derfor, at der i betonen vil være et naturligt luftindhold på ca. 1%. Betonerne proportioneres ikke efter et bestemt ønske om sætmål, men det sikres blot, at betonen er bearbejdelig. For alle 3 v/c-forhold er der først blevet støbt nogle forforsøg og siden nogle endelige forsøg. Ved blandingerne med et v/c-forhold på 0,45 og 0,55 er der anvendt samme fremgangsmåde til recepterne ved de 2 støbninger. Ved blandingen med et v/c-forhold på 0,35 blev der til forforsøget anvendt samme fremgangsmåde som ved de andre blandinger, men da bearbejdeligheden var dårlig pga. det lave v/c-forhold, blev det vurderet, at det til de endelige prøver var nødvendigt at anvende et plastificeringsmiddel for at øge bearbejdeligheden. A.1 Betonproportionering generelt I det følgende dimensioneres 1 m 3 betonblanding. Densiteterne for alle komponenterne, der anvendes i betonen ses i Tabel A.1 og er fundet ud fra [3]. Der anvendes cement af typen Aalborg Portland Rapid, almindeligt postevand, søsand, perlesten (2 mm - 8 mm) og ærtesten (8 mm - 16 mm). Tabel A.1: Densiteter for tilslag Komponent Densitet Cement 3210 kg/m 3 Vand 1000 kg/m 3 Søsand 2630 kg/m 3 Perlesten 2625 kg/m 3 Ærtesten 2615 kg/m 3 Da cementindholdet er ens for alle 3 betonblandinger, fås der jf. [5, s. 54] en sandprocent på 44% ud fra ønsket om et cementindhold på 375 kg/m 3. Dette betyder, at 44% af tilslaget består af sand, mens de resterende 56% består af ærte- og perlesten. Stenfordelingen sammensættes, så ud af de 56% består 67% af ærtesten og 33% af perlesten. Ud fra det fastlagte cementindhold kan vandmængden beregnes, da v/c-forholdet er bestemt for hver blanding. Massen af blandevand beregnes ud fra (A.1) V mas = C mas (v/c forhold) (A.1)

90 74 Bilag A. Betonproportionering hvor V mas er vandmængden i kg pr. m 3 beton, og C mas er cementindholdet i kg pr. m 3 beton. Når massen af både cement og vand er beregnet, kan de tilsvarende volumener beregnes ud fra densiteten. Der gælder V = m (A.2) ρ hvor V er volumenet i m 3 pr. m 3 beton, m er massen i kg pr. m 3 beton og ρ er densiteten af hhv. vand og cement. Når volumenet af vand og cement er beregnet ud fra (A.2), og det antages, at der er et luftindhold på 1%, kan deres samlede volumen, R, beregnes som R = C vol + V vol + luft vol (A.3) hvor V vol angiver vandmængden i m 3 pr. m 3 beton, C vol angiver cementindholdet i m 3 pr. m 3 beton, og luft vol angiver volumendelen af luften. Ud fra (A.3) kan mængden af tilslag beregnes, da summen af alle komponenter skal være lig 1 m 3 T = 1 R (A.4) hvor T er rumfanget af tilslagsmaterialet. Det absolutte volumen af sand bestemmes ved at gange tilslagets volumen T med sandprocenten, som er 44%. Stenvolumenet bestemmes ved at gange den ønskede fordeling af hhv. ærte- og perlesten med de resterende 56% af tilslagets volumen T. Til sidst adderes de forskellige komponenters volumenbidrag for at sikre, at det samlede volumen er 1 m 3. Massen, der skal tilsættes af de forskellige tilslagsmaterialer, beregnes på samme måde som for cementen og vandet ud fra (A.2). Dermed kan densiten af den proportionerede beton beregnes, og denne bør typisk tilhøre et interval på kg, [3, s. 12]. m 3 I det følgende gennemgås proportioneringen for betonblandingen med et v/c-forhold på 0,45, der blev brugt til forforsøgene. Til sidst opskrives de endelige recepter for alle de forskellige blandinger. I Tabel A.2 ses sammensætningen af betonen med et v/c-forhold på 0,45. Masserne og volumenerne er beregnet som gennemgået ovenfor. Tabel A.2: Masse- og volumenfordeling af de forskellige komponenter ved 1 m 3 beton med v/c = 0,45 Densitet Masse Volumen Komponent [kg/m 3 ] [kg] [m 3 ] Cement ,0 0,12 Vand ,8 0,17 Luft - - 0,01 Søsand ,6 0,30 Perlesten ,8 0,13 Ærtesten ,5 0,27 Beton ,0 A.1.1 Korrektion af vandindhold Masserne af de forskellige komponenter, der er angivet i Tabel A.2 er beregnet ud fra, at tilslaget er i ssd-tilstand. Det betyder, at tilslagsmaterialet er vandmættet, men ikke har noget overskydende vand, dvs. det er overfladetørt. Er dette ikke tilfældet, vil tilslaget, hvis det er mere tørt end ssd-tilstand, suge noget af blandevandet og dermed sænke v/c-forholdet og bearbejdeligheden af betonen og øge styrken. Er tilslaget derimod mere vådt end ssd-tilstand, vil tilslaget afgive noget af det overskydende vand til betonen og dermed hæve v/c-forholdet, hvilket vil medføre en lavere styrke og større bearbejdelighed. Det er derfor nødvendigt at kende tilslagets absorbtionsevne og dets aktuelle vandindhold for at opnå det ønskede v/c-forhold. Vandindholdet bestemmes ved at veje

91 Korrektion af vandindhold 75 små prøver af de forskellige tilslag og derefter udtørre dem i mikroovn og veje dem igen. Forskellen i vægt divideret med tørvægten angiver tilslagets vandindhold. Vandindholdet varierede alle de dage, der blev støbt, pga. ændringer i vejrforhold mv. I Tabel A.3 er angivet absorptionsevnen samt vandindholdet for de forskellige tilslag de forskellige dage, der blev støbt. Tabel A.3: Absorptionsevne og vandindhold for tilslag Absorptions- Vandindhold (B) Komponent evne (A) 12. feb 8. mar 15. mar 18. mar Perlesten 0,9 vægt-% 0,10 vægt-% 0,22 vægt-% 0,13 vægt-% 0,16 vægt-% Ærtesten 0,8 vægt-% 0,08 vægt-% 0,14 vægt-% 0,11 vægt-% 0,06 vægt-% Søsand 0,3 vægt-% 0,19 vægt-% 0,15 vægt-% 0,18 vægt-% 0,21 vægt-% Det ses, at vandindholdet på alle forsøgesdagene er mindre end absorptionsevnen, og tilslaget vil derfor suge noget af blandevandet. Det er derfor nødvendigt at korrigere for vandindholdet, så der bliver tilsat mere vand, men så det endelige v/c-forhold stadig fastholdes. Forskellen mellem absorptionsevnen (A) og vandindholdet (B) beregnes og kaldes C. Desuden betegner G i det flg. betonens indhold af tilslag i vandmættet, overfladetør tilstand, som tidligere er beregnet i Tabel A.2. I det følgende gennemgås beregningerne kun for det vandindhold, tilslagene havde, da forforsøget blev støbt, dvs. d. 12. februar. Fremgangsmåden ved andre vandindhold er naturligvis den samme, og den følgende gennemgang viser blot fremgangsmåden for beregningerne. I Appendiks II ses alle udregningerne anvendt til proportioneringen. Ud fra Tabel A.4 ses C og G for de forskellige tilslag. Tabel A.4: Værdier for C og G for beton med v/c = 0,45 Søsand Perlesten Ærtesten C = (A-B) vægt-% 0,11 0,80 0,72 G, v/c = 0,45 [kg] 796,6 347,8 703,5 Størrelsen D angiver den ekstra mængde vand, der skal tilsættes hver komponent, for at den kommer i ssd-tilstand. Hvis der skal tilsættes vand, vil værdien være positiv, mens den vil være negativ, hvis der sker en reduktion i vandmængden. Ud fra dette kan den ekstra mængde vand, der skal tilsættes betonblandingen, beregnes. D beregnes jf. (A.5) D = C G [kg] (A.5) A Desuden korrigeres der for hvor meget af hvert tilslag, der skal tilsættes, da det også afhænger af vandindholdet i tilslaget. Denne størrelse benævnes E E = B G [kg] (A.6) A Tabel A.5 viser de korrigerede værdier for masserne af de forskellige tilslag, og under SUM ses hvor meget ekstra vand, der skal tilsættes blandingen. Tabel A.5: Justering af masse af de forskellige tilslag og blandevand til beton med v/c = 0,45 Søsand Perlesten Ærtesten SUM D, v/c = 0,45 [kg] 0,87 2,8 5,0 8,7 E, v/c = 0,45 [kg] 795,8 347,4 702,7 Dermed kan den endelige recept, der anvendes til betonstøbningen for beton med et v/c-forhold på 0,45, opskrives for 1 m 3 beton, hvilket ses i Tabel A.6.

92 76 Bilag A. Betonproportionering Tabel A.6: Recept til 1 m 3 beton med v/c = 0,45 til forforsøget Komponent v/c = 0,45 Cement [kg] 375,0 Vand [kg] 177,4 Søsand [kg] 795,8 Perlesten [kg] 347,4 Ærtesten [kg] 702,7 Da der til betonblanderen, der blev anvendt ved udførelsen, kun skulle bruges 40 liter, opskrives samtlige recepter svarende til 40 liter beton. Tabel A.7 viser recepterne for alle blandingerne på nær den endelige recept for betonen med et v/c-forhold på 0,35. Tabel A.7: Recepter til 40 liter beton med v/c = 0,45 og v/c = 0,55 til forforsøgene samt de endelige forsøg Forforsøg Endelige forsøg Komponent v/c = 0,35 v/c = 0,45 v/c = 0,55 v/c = 0,45 v/c = 0,55 Cement [kg] 15,0 15,0 15,0 15,0 15,0 Vand [kg] 5,60 7,10 8,60 7,10 8,50 Søsand [kg] 34,3 31,8 30,8 31,8 30,8 Perlesten [kg] 14,4 13,9 12,9 13,9 12,9 Ærtesten [kg] 29,1 28,1 26,1 28,1 26,2 Ud fra Tabel A.7 ses det, at recepterne til forforsøgene og til de endelige forsøg til blandingerne med v/c-forhold på både 0,45 og 0,55 tilnærmelsesvis er identiske. Grunden til dette er, at det eneste der varierer fra de forskellige støbninger, er tilslagets vandindhold på støbedagen. A.2 Yderligere korrektion ved anvendelse af superplastificeringsmiddel Til betonblandingen for de endelige forsøg med et v/c-forhold på 0,35, er det som tidligere nævnt nødvendigt at anvende superplastificeringsmiddel for at bearbejdeligheden er tilpas stor til, at betonen kan blive vibreret ordentligt. Som plastificeringsmiddel anvendes Sika 10, som har et tørstofforhold på 32 vægt-% jf. [6]. Der er som vejledning på produktet angivet, at normaldoseringsområdet er fra 0,2-3,0 vægt-% af indholdet af cement, flyveaske og microsilica. Da der hverken af tilsat flyveaske eller microsilica, er der i vores tilfælde blot tale om vægten af cementen i blandingen. Der blev lavet små betonblandinger på 10 liter inden den endelige blanding på 40 liter, hvor det blev afprøvet hvor meget plastificeringsmiddel, der skulle tilsættes blandingen, for at bearbejdeligheden blev som ønsket. Der blev afprøvet blandinger, hvor der af Sika 10 blev anvendt hhv. 0,2, 0,6 1,0 og 1,4 vægt-% af cementen. Der blev ved 1,4 vægt-% af cementen udstøbt en prøvekerne, da bearbejdeligheden var forøget betydeligt. Denne kunne vibreres fint, og betonen så jævn og glat ud efter den var blevet taget ud af formen. Derfor blev der til de endelige forsøg anvendt en mængde af Sika 10 svarende til 1,4 vægt-% af cementen. For at bibeholde det ønskede v/c-forhold på 0,35 er det nødvendigt, at foretage en reduktion af vandindholdet, når Sika 10 tilsættes. Først proportioneres en betonblanding på 40 liter, som beskrevet i det tidligere afsnit, hvor der justeres for vandindhold i tilslagene. Recepten for 1 m 3 beton med et v/c-forhold på 0,35 når der ikke er indsat plastifieringsmiddel ses i Tabel A.8.

93 A.2. Yderligere korrektion ved anvendelse af superplastificeringsmiddel 77 Tabel A.8: Recept til 40 liter beton med v/c = 0,35 uden plastificering Komponent v/c = 0,35 Cement [kg] 15,0 Vand [kg] 5,60 Søsand [kg] 34,3 Perlesten [kg] 14,4 Ærtesten [kg] 29,1 Da plastificeringen indeholder 68% vand, er det nødvendigt at tilsætte mindre vand, for at v/cforholdet forbliver uændret. Da der til 40 liter beton skal tilsættes 15,0 kg cement, og der anvendes en vægt-% på 1,4 skal der i alt tilsættes 0,210 kg Sika 10. Ud fra dette kan det beregnes hvor mange kg vand dette svarer til, og hvor meget vandtilsætningen skal reduceres. Dette kaldes V red. V red = 0, 68 0, 210 kg = 0, 143 kg (A.7) Ud fra (A.7) ses det, at vandmængden, der skal tilsættes, skal reduceres med 0,143 kg, for at bibeholde v/c-forholdet på 0,35. Dermed kan den endelige recept for betonen med et v/c-forhold på 0,35 opskrives. Denne ses i Tabel A.9 Tabel A.9: Recept til 40 liter beton med v/c = 0,35 med plastificering Komponent v/c = 0,35 Cement [kg] 15,0 Vand [kg] 5,46 Søsand [kg] 34,3 Perlesten [kg] 14,4 Ærtesten [kg] 29,1 Sika 10 [kg] 0,210

94

95 79 Bilag B Betonstøbning Fremgangsmåden for betonstøbningen er ens for alle blandingerne, pånær den endelige med et v/c-forhold på 0,35, da der her også blev tilsat plastificeringsmiddel. Først blev blandekarret skyllet med vand, og herefter vendt på hovedet, så fladerne var fugtige, men ikke våde. Dette skulle sikre, at karret ikke sugede noget af vandet fra blandingen. Derefter blev perle- og ærtesten og halvdelen af søsandet nøje afvejet og hældt ned i blandekarret. Under udsugning blev cementen afvejet og forsigtigt hældt i blandekarret. Derefter blev resten af søsandet afvejet og tilsat. Vandet blev ligeledes afvejet, men blev først tilsat senere. Blandekarret blev placeret på holderen til blanderen, og mens karret forsigtigt blev kørt rundt, blev alt vandet stille og roligt tilsat blandingen. Blanderen blev tændt og forsigtigt kørt ned over blandekarret. Blanderen kørte i 3 min. Herefter blev blanderen stoppet, og låget blev kørt op igen. Der blev kørt rundt i betonblandingen med en lille skovl for at sikre, at det hele var blevet blandet ordentligt sammen. På et vibrationsbord blev det ønskede antal forme placeret og herefter fyldt halvvejs op med betonblandingen. Derefter blev vibratorbordet tændt. Der blev vibreret, indtil der ikke længere kom så mange luftbobler op til overfladen, hvorefter formene blev fyldt helt til randen, samtidig med at de blev vibreret. Igen blev der vibreret indtil antallet af luftbobler blev formindsket, men det blev stoppet, inden der fremkom vand på overfladen af betonen. Betonen i cylindrene blev afrettet, og herefter blev lågene sat på alle cylindrene med en skruende bevægelse for at sikre, at der ikke sad beton på kanten. Herefter blev alle cylindrene placeret liggende ved ca. 20 C i et døgn, før de blev afformet og derefter placeret i 20 C varmt vand i mindst 28 dage. For betonblandingen med et v/c-forhold på 0,35, hvor der blev tilsat plastificeringsmiddel, adskilte fremgangsmåden sig kun fra ovenstående, ved at plastificeringsmidlet blev afvejet og tilsat blandevandet, inden vandet blev tilsat betonblandingen.

96

97 81 Bilag C Forsøgsplan for endelige betoncylindre Der laves betonblandinger med 3 forskellige v/c-forhold, hhv. 0,35, 0,45 og 0,55. For hvert v/c-forhold støbes 12 små cylindre (ø10 cm og h20 cm). Der blev støbt tilstrækkeligt med cylindre til at sikre mod uheld. Ud over prøverne med de 3 v/c-forhold, blev der også lavet forsøg med nogle kerner, som var boret ud af et element fra Storebæltstunnelen. C.1 Forsøgsplan for betoner med v/c-forhold på 0,35 Betonerne med et v/c-forhold på 0,35 blev anvendt til flg. forsøg: Destilleret vand: 1. 2 prøver til kapillarsugning fuldt neddykket i vand (dvs. 1 bar). Prøverne er på forhånd tørre prøver trykvandmættes ved 150 bar. Prøverne er på forhånd tørre prøve trykvandmættes ved 15 bar. Prøven er på forhånd tør prøver trykvandmættes ved 8 bar. Prøverne er på forhånd tørre. Saltvand: 1. 2 prøver fuldt neddykket i saltvand (dvs. 1 bar). Prøverne er på forhånd tørre prøver fuldt neddykket i saltvand (dvs. 1 bar). Prøverne er på forhånd vandmættede prøve trykvandmættes ved 8 bar. Prøven er på forhånd tør. C.2 Forsøgsplan for betoner med v/c-forhold på 0,45 Betonerne med et v/c-forhold på 0,45 blev anvendt til flg. forsøg: Destilleret vand: 1. 2 prøver til kapillarsugning fuldt neddykket i vand (dvs. 1 bar). Prøverne er på forhånd tørre prøver trykvandmættes ved 150 bar. Prøverne er på forhånd tørre prøver trykvandmættes ved 15 bar. Prøverne er på forhånd tørre prøver trykvandmættes ved 8 bar. Prøverne er på forhånd tørre.

98 82 Bilag C. Forsøgsplan for endelige betoncylindre Saltvand: 1. 2 prøver fuldt neddykket i saltvand (dvs. 1 bar). Prøverne er på forhånd tørre prøver fuldt neddykket i saltvand (dvs. 1 bar). Prøverne er på forhånd vandmættede prøve trykvandmættes ved 8 bar. Prøven er på forhånd tør. C.3 Forsøgsplan for betoner med v/c-forhold på 0,55 Betonerne med et v/c-forhold på 0,55 blev anvendt til flg. forsøg: Destilleret vand: 1. 2 prøver til kapillarsugning fuldt neddykket i vand (dvs. 1 bar). Prøverne er på forhånd tørre prøve trykvandmættes ved 150 bar. Prøven er på forhånd tør prøve trykvandmættes ved 15 bar. Prøven er på forhånd tør prøver trykvandmættes ved 8 bar. Prøverne er på forhånd tørre. Saltvand: 1. 2 prøver fuldt neddykket i saltvand (dvs. 1 bar). Prøverne er på forhånd tørre prøver fuldt neddykket i saltvand (dvs. 1 bar). Prøverne er på forhånd vandmættede prøve trykvandmættes ved 8 bar. Prøven er på forhånd tør. C.4 Forsøgsplan for storebæltsbeton Storebæltsbetonerne blev anvendt til flg. forsøg: Destilleret vand: 1. 2 prøver trykvandmættes ved 8 bar. Prøverne er på forhånd tørre. Saltvand: 1. 1 prøve trykvandmættes ved 8 bar. Prøven er på forhånd tør.

99 83 Bilag D Punktinstruks for forsøg I det følgende opstilles fremgangsmåderne for de forskellige forsøg, der skal udføres med de støbte betoncylindre. D.1 Kapillarsugningsforsøg med tørre prøver 1. De støbte betoncylindre skæres i mindre cylindre med en højde på 8 cm til 9 cm. Enderne skæres af, så der ikke er nogle støbeflader. 2. Prøverne tørres i et varmeskab ved 40 C i 5 dage 3. Prøvernes endeflader afdækkes med aluminiumstape 4. Der males 3 lag epoxyharpiks på de krumme flader 5. Prøverne tørrer i min. 1 døgn for at sikre, at malingen er helt tør 6. Arealet af prøvernes flader, som skal være i kontakt med vandet, måles 7. Prøverne vejes og vægten noteres 8. Prøverne placeres på en afstandsholder i en kasse, der indeholder en 10%-saltvandsopløsning eller destilleret vand 9. Stopuret startes så snart prøverne er i kontakt med vandet 10. Prøverne vejes efter 1 min, 2 min, 4 min, 8 min,..., 1 døgn, 2 døgn osv. efter at være aftørret på en afvredet klud. Det præcise tidspunkt noteres, når prøverne vejes 11. Forsøget stoppes, når det konstateres, at prøvernes vægtudvikling er stabiliseret eller pga. tidsbegrænsninger for projektet 12. Prøverne fræses på Rambølls fræsemaskine. Se Bilag F for punktinstruks over fræsningen Det sidste punkt gælder dog kun ved prøver, der er placeret i saltvand. D.2 Kapillarsugningsforsøg med vandmættede prøver Der anvendes prøver med 3 forskellige v/c-forhold. 1. De støbte betoncylindre skæres i mindre cylindre med en højde på 8 cm til 9 cm. Enderne skæres af, så der ikke er nogle støbeflader 2. Prøverne vakuumvandmættes i ca. 1 døgn 3. Prøverne vandmættes i ca. 1 døgn i trykbeholderen på DTU ved et tryk på 150 bar

100 84 Bilag D. Punktinstruks for forsøg 4. Prøvernes krumme overflade tryktørres, så overfladen bliver tør 5. Prøvernes endeflader afdækkes med aluminiumstape 6. Der males 3 lag epoxyharpiks på de krumme flader 7. Prøverne tørrer i min. 1 døgn for at sikre, at malingen er helt tør 8. Arealet af prøvernes flader, som skal være i kontakt med saltvandet, måles 9. Prøverne vejes, og vægten noteres 10. Prøverne placeres på en afstandsholder i en kasse, der indeholder en 10%-saltvandsopløsning 11. Stopuret startes, så snart prøverne er i kontakt med saltvandet 12. Prøverne vejes efter 1 min, 2 min, 4 min, 8 min,..., 1 døgn, 2 døgn osv. efter at være aftørret på en afvredet klud. Det præcise tidspunkt noteres, når prøverne vejes 13. Forsøget stoppes, når prøvernes vægtudvikling er stabiliseret eller pga. tidsbegrænsninger for projektet 14. Prøverne fræses på Rambølls fræsemaskine. Se Bilag F for punktinstruks over fræsningen

101 D.3. Vandindtrængning under tryk 85 D.3 Vandindtrængning under tryk Forsøgene udføres for alle 3 v/c-forhold ved 8 bar, 15 bar og 150 bar. 1. Prøverne tørres i et varmeskab ved 40 C i 5 dage 2. Prøvernes endeflader afdækkes med aluminiumstape 3. Prøvernes krumme sider males med 3 lag epoxyharpiks 4. Prøverne tørrer i min. 1 døgn for at sikre, at malingen er helt tør 5. Arealet af prøvernes flader, der ikke er malet med epoxy, måles 6. Prøvernes vejes, og vægten noteres 7. Prøverne placeres på afstandsfødder i trykbeholderen på enten DTU eller Rambøll 8. Trykbeholderen lukkes og indstilles til det ønskede tryk. Dette gennemgås i Bilag E for hvert af de 3 tryk 9. Stopuret startes, så snart trykket i beholderen er det ønskede 10. Alt efter hvilket tryk der er tale om, vejes prøverne med passende intervaller til, at der især i starten er tilpas mange målinger til at optegne en fornuftig ( t, Q)-graf. Det tilstræbes, at vejningen ikke tager mere end 3 min., og måleintervallerne tilrettelægges således, at prøverne også i starten er mere under end over vand. Der henvises til måleresultaterne i Appendiks IV - Appendiks VI for at se hvilke tidspunkter, der har været tale om for de enkelte forsøg 11. Forsøget stoppes, når vægten af prøven er blevet stabil eller pga. tidsbegrænsninger for projektet D.4 Vand- og chloridindtrængning under tryk Forsøget udføres for alle 3 v/c-forhold ved 8 bar. Desuden udføres forsøget også med borekerner fra Storebælt. 1. Prøverne tørres i et varmeskab ved 40 C i 5 dage 2. Prøvernes endeflader afdækkes med aluminiumstape 3. Prøvernes krumme sider males med 3 lag epoxyharpiks 4. Prøverne tørrer i min. 1 døgn for at sikre, at malingen er helt tør 5. Arealet af prøvernes flader, der ikke er malet med epoxy, måles 6. Prøvernes vejes og vægten noteres 7. Der placeres en indvendig beholder i trykbeholderen for at forhindre korrosion pga. saltvandet 8. Prøverne placeres på afstandsfødder i trykbeholderen på Rambøll 9. Den indvendige beholder fyldes med en 10%-saltvandsopløsning, og der fyldes destilleret vand i trykbeholderen uden om den indvendige beholder, så vandstandene er i samme niveau 10. Trykbeholderen lukkes og indstilles til det ønskede tryk som gennemgået i Bilag E Stopuret startes, så snart trykket i beholderen er på 8 bar

102 86 Bilag D. Punktinstruks for forsøg 12. Prøverne vejes med passende intervaller til, at der især i starten er tilpas mange målinger til at optegne en fornuftig ( t, Q)-graf. Det tilstræbes, at vejningen ikke tager mere end 3 min., og måleintervallerne tilrettelægges således, at prøverne også i starten er mere under end over vand. Der henvises til Appendiks IV for at se, hvilke tidspunkter, der har været tale om 13. Prøverne fræses på Rambølls maskine som gennemgået i Bilag F

103 87 Bilag E Punktinstrukser for trykvandmætningsudstyr E.1 Trykkammer til forsøg ved 8 bar, Rambøll 1. Prøveemnet vejes 2. Der placeres afstandsholdere i bunden af plastikbeholderen, der skal placeres inden i trykkammeret 3. Trykkammeret fyldes med vand. Da plastikbeholderen skal ned i kammeret, skal der ikke for meget vand i 4. Plastikbeholderen sænkes ned i trykkammeret evt. ved at påsætte ståltrådshanken på platikbeholderen 5. Plastikbeholderen fyldes med destilleret vand, således at vandstanden inden for og uden for plastikbeholderen er ens 6. Pakningsringene på undersiden af låget til trykkammeret fugtes, og låget påsættes trykkammeret og krydsspændes 7. Trykket i kammeret øges ved at åbne for flaskeventilen og justere trykket på ventilen under manometeret indtil det ønskede tryk er opnået. Herefter åbnes for håndtaget oven på trykkammeret, hvorved trykket i kammeret bliver det samme som det, der aflæses på manometeret ved flasken. Evt. kan ventilen på trykkammeret kort åbnes, så al atmosfærisk luft forlader trykkammeret 8. Prøven henstår under tryk i den ønskede periode. Trykket kan evt. falde lidt i starten, da prøveemnet suger vand ind. Det kan derfor være nødvendigt at gentage punkt 7 9. Håndtaget oven på trykkammeret lukkes, og ventilen åbnes, hvorved trykket i kammeret falder til atmosfæretryk 10. Låget skrues af trykkammeret 11. Plastikbeholderen tages op af trykkammeret vha. ståltrådshanken 12. Prøveemnet vejes E.2 Trykkammer til forsøg ved 15 bar, DTU 1. Prøveemnet vejes 2. Det sikres, at nåleventilen på trykkammeret er lukket

104 88 Bilag E. Punktinstrukser for trykvandmætningsudstyr 3. Der placeres afstandsholdere i bunden af trykkammeret 4. Prøveemnet nedsænkes i trykkammeret vha. ståltrådspindene 5. Trykkammeret fyldes op med destilleret vand, så prøveemnerne er dækkede, men så der stadig er luft op til låget 6. Gummiringen på trykkammeret samt undersiden af låget, der skal i kontakt med gummiringen, tørres rene med en fugtig finger 7. Låget sættes på trykkammeret og spændskiver og møtrikker sættes på, hvorefter møtrikkerne krydsspændes 8. Trykket i kammeret øges ved at åbne for flaskeventilen og justere trykket på ventilen under manometeret, indtil det ønskede tryk på 15 bar er opnået. Det sikres, at ventilen yderst til højre på manometret er åben 9. Prøven henstår under tryk i den ønskede periode. Trykket kan evt. falde lidt i starten, da prøveemnet suger vand ind. Det kan derfor være nødvendigt at gentage punkt Ventilen yderst til højre på manometret lukkes 11. Flaskeventilen lukkes 12. En beholder placeres under udløbet ved nåleventilen på trykkammeret. Nåleventilen åbnes, hvorved vandet forlader trykkammeret, og trykket i kammeret falder til Låget skrues af, og prøverne kan tages op af trykkammeret vha. ståltrådspindene 14. Prøveemnet vejes E.3 Trykkammer til forsøg ved 150 bar, DTU 1. Prøveemnet vejes 2. Der placeres afstandsholdere i bunden af trykkammeret 3. Prøveemnet nedsænkes i trykkammeret evt. vha. ståltrådspindene 4. Det tjekkes, at plastikdunken er fyldt med destilleret vand, og at den store slange er stukket gennem det største hul, mens den lille slange (afløbsslangen) er stukket gennem det mindste hul i plastikdunken 5. Ventilen nærmest pumpen lukkes 6. Ventilen nærmest trykkammeret (nåleventilen) åbnes 7. Tappen under pumpehåndtaget sættes i position til venstre 8. Trykkammeret pumpes fuld af vand, så det når oversiden af kammeret 9. Gummiringen på trykkammeret samt undersiden af låget, der skal i kontakt med gummiringen, tørres rene med en finger 10. Låget sættes på trykkammeret og krydsspændes 11. Tappen under pumpehåndtaget sættes i position til højre, og der pumpes til et tryk på 150 bar (max. 165 bar, da trykket vil falde lidt) 12. Nåleventilen lukkes

105 E.3. Trykkammer til forsøg ved 150 bar, DTU Ventilen nærmest pumpen åbnes, så slangen aflastes for trykket 14. Prøven henstår under tryk i den ønskede periode. Da prøven vil suge vand, vil trykket i kammeret falde, og det kan derfor være nødvendigt at gentage punkt efter behov for at opretholde et tryk på 150 bar 15. Nåleventilen åbnes, hvorved trykket i kammeret falder til 0, og vandet forlader kammeret 16. Låget skrues af, og prøverne kan tages op af trykkammeret evt. vha. ståltrådspindene 17. Prøveemnet vejes

106

107 91 Bilag F Punktinstruks for drejebænk til fræsning 1. Afstanden fra boret til prøvelegemet indstilles ved at dreje på håndtaget bag på drejebænken. Derefter skubbes den grønne del af maskinen frem eller tilbage. Håndtaget låses igen 2. Der vælges de kæber, der passer til prøvelegemet 3. Kæben med tallet 1 placeres i hullet, hvor der er 2 riller synlige. Herefter drejes håndtaget på den venstre del af maskinen indtil rille nr. 3 har fat i første kæbe. Så påsættes kæbe nr. 2 i næste hul i urets retning, hvor der er 2 riller synlige, og håndtaget drejes nu igen ind til rille nr. 3 har fat i kæben. Samme procedure gentages for den tredje og sidste kæbe 4. Den sorte opstrammer sættes i et af hullerne over skiven, hvor prøvelegemet skal monteres. Opstrammeren drejes rundt vha. f.eks. en skruetrækker, indtil prøvelegemet er fastspændt. Prøvelegemet placeres, så den endeflade, der har været i umiddelbar kontakt med chloriderne, vender ind mod boret. Opstrammeren tages ud af hullet 5. Skydelæren nulstilles 6. Den hvide plastikbeholder placeres under prøvelegemet 7. Der tændes for maskinen og ved at dreje på håndtagene fræses prøven i det ønskede område og i den ønskede dybde. Håndtaget til venstre bevæger prøven fra side til side, mens det højre håndtag bevæger boret ind i prøven. Der kan evt. tændes for motoren til venstre, der sørger for at prøvelegemet roterer under fræsningen 8. Det fræsede materiale fra plastikbeholderen opsamles i en pose, og plastikbeholderen rengøres med en pensel for at sikre, at der ikke sidder noget materiale tilbage, der kan påvirke næste fræsning. Desuden rengøres boret grundigt 9. På poserne noteres prøvenummer, samt i hvilken dybde prøven er fræset

108

109 93 Bilag G Bestemmelse af chloridindhold ved titrering G.1 Punktinstruks for titrering til bestemmelse af chloridindhold 1. Der udvælges et antal portioner af betonpulveret i forskellige dybder, således at der ved måling af chloridindholdet forventes at kunne få et overordnet billede af chloridprofilet. Efterfølgende kan der suppleres med yderligere målinger, når det er klart i hvilken dybde, chloridindholdet er størst 2. Der afvejes ca. 2,00 g af betonpulveret i de udvalgte dybder. Vha. en pipette fyldes 15 ml destilleret vand i en lille plastikampul. På plastikampullen noteres prøvenummeret samt dybden 3. Plastikampullerne sættes på et rystebord natten over (min. 12 timer) 4. Plastikampullerne tages af rystebordet så prøven kan bundfældes 5. Efter at have stået ca. 5 min er prøven klar til titrering på maskinen 716 DMS Titrino 6. Inden titreringen af prøverne starter, sikres det, at slangerne er fri for luftbobler. Der doseres sølvnitrat (AgNO 3 ) ved at holde knappen Dose nede, til der ikke længere doseres sølvnitrat. Der kan evt. slås forstigtigt på slangerne for at få luftboblerne i bevægelse. Herefter trykkes Stop. Dette gentages 3 gange 7. AgNO 3 -elektroden kalibreres. Dette sker gennem 3 målinger: a) 1 bægerglas fyldes med 1 ml 0,1M NaCl, 1 ml 1M HNO3 og ca. 40 ml destilleret vand b) Der lægges en magnet i bægerglasset, der placeres under elektroden og doseringsslangen c) Elektroden og doseringsslangen føres ned i bægerglasset, og når den ikke kan komme længere ned, starter magnetomrøreren automatisk d) Der trykkes Start, og titreringen går i gang e) Når titreringen er færdig printes automatisk en bon ud med de relevante informationer f) Elektroden og doseringsslangen føres op og skylles med destilleret vand g) Magneten tages op af bægerglasset og skylles h) Punkt 7a) - 7g) gentages, så der i alt opnåes 3 målinger 8. Titrino er nu klar til at titrere prøverne 9. Der afmåles min. 5 ml af prøven fra plastikampullen, hvor det undgås af få bundfald med op. De 5 ml prøve blandes med 1 ml 1M salpetersyre (HNO 3 ) og ca. 40 ml destilleret vand i et bægerglas

110 94 Bilag G. Bestemmelse af chloridindhold ved titrering 10. Titreringen forløber som angivet under punkt 7b) - 7g) 11. Viser displayet under 40 mv er der med stor sandsynlighed ingen chlorider i prøven. Mellem mv er det usikkert, og over 50 mv er der chlorider i prøven 12. På bonen aflæses, hvor mange ml sølvnitrat der er brugt ved titreringen. Herefter kan det udregnes, hvor mange mg chlorider prøven indeholder pr. kg. beton. Dette gennemgås under Afsnit G.2 G.2 Udregning af chloridindhold efter titrering Når mængden af sølvnitrat er bestemt ved titrering, kan det herudfra bestemmes, hvor mange mg chlorider prøven indeholder pr. kg. beton. Ved kalibrering af AgNO 3 -elektroden er der jf. Afsnit G.1 Punkt 7a) - 7g) titreret 3 gange på en opløsning, der indeholder 1 ml 0,1M NaCl. Da mængden af tilsat sølvchlorid, netop svarer til ækvivalenspunktet, kan den koncentration af AgNO 3, som elektroden måler i forhold til, beregnes. Der bør være tale om en 0,1M-opløsning, dvs. en opløsning med en koncentration på 0, 1 mol L. Når sølvionerne reagerer med chloridionerne sker det ved reaktionen AgNO 3 + Cl AgCl + NO 3 hvor chloridionerne i dette tilfælde kommer fra NaCl. På et tidspunkt vil alle chloridionerne have reageret med sølvionerne, og netop til dette tidspunkt er stofmængden af sølvioner og chloridioner i opløsningen derfor ens. Da de støkiometriske koefficienter er 1:1 gælder det at n Ag + = n Cl n AgNO3 = n NaCl c AgNO3 (mol/l) V AgNO3 (ml) = c NaCl (mol/l) V NaCl (ml) c AgNO3 (mol/l) = c NaCl(mol/L) V NaCl (ml) V AgNO3 (ml) = 0, 1M 1mL V AgNO3 (ml) (G.1) Da V AgNO3 er bestemt i 3 tilfælde, bestemmes 3 værdier for c AgNO3, og gennemsnittet af disse værdier angiver den værdi, der regnes videre med. Chloridindholdet, x, beregnes som x(mg/kg) = V AgNO 3 (ml) c AgNO3 (mol/l) 1000mg/g M Cl (g/mol) V pr ve (L) 1000g/kg V udtagetpr ve (ml) m pr ve (g) (G.2) hvor V AgNO3 er den mængde sølvnitrat, der er brugt ved titreringen, c AgNO3 er bestemt ved (G.1), M Cl = 35, 45 g/mol, V pr ve = L, V udtagetpr ve angiver hvor mange ml prøve, der er udtaget til titrering, og m pr ve angiver hvor mange g af pulveret, der oprindeligt blev fortyndet med de 15 ml destilleret vand. At Formel (G.2) er rigtig kan indses ved at reducere udtrykket. Idet der ses bort fra enhederne og omregningerne mellem enheder, har (G.2) udseendet x = V AgNO 3 c AgNO3 M Cl V pr ve V udtagetpr ve m pr ve x = n AgNO 3 M Cl V pr ve V udtagetpr ve m pr ve x = n Cl M Cl V pr ve V udtagetpr ve m pr ve

111 G.2. Udregning af chloridindhold efter titrering 95 x = m Cludtagetpr ve V pr ve V udtagetpr ve m pr ve Da forholdet mellem V pr ve og m pr ve må svare til forholdet mellem V udtagetpr ve og m udtagetpr ve kan ovenstående reduceres yderligere til x = m Cludtagetpr ve m udtagetpr ve Dette forhold angiver massen af chlorider i den udtagne prøve i forhold til massen af hele den udtagne prøve. Dette forhold må svare til massen af chlorider i hele prøven i forhold til massen af hele prøven. x angiver således chloridindholdet i forhold til prøvens, dvs. betonens, samlede masse.

112

113 97 Bilag H Punktinstruks ved bestemmelse af vandindhold For betonprøver med et v/c-forhold på 0,35 blev det undersøgt, hvor langt vandet var trængt ind i prøverne ved de 4 forskellige tryk. Dette blev bestemt som angivet herunder. 1. Så snart betonprøven er færdig med kapillarsugningsforsøget eller trykvandmætningsforsøgene, skæres prøverne i skiver af ca. 1 cm s tykkelse indtil midten af prøven på en stensav 2. Skiverne tryklufttørres så overfladevandet, der tilføres ved skæringen på stensaven, fjernes 3. Skiverne nummereres, så det vides, hvor i betonprøven de stammer fra 4. Skiverne vejes 5. Skiverne tørres i en ovn ved 105 C i 3 dage 6. Skiverne vejes igen på samme vægt 7. Vandindholdet i de enkelte skiver bestemmes som vægtændringen divideret med tørmassen

114

115 99 Bilag I Forforsøg Formålet med forsøgene udført med dummys er først og fremmest, at erfaringerne og de opnåede resultater tjener som retningslinjer for planlægningen og udførelsen af de endelige forsøg. I Appendiks XVII og Appendiks XIX er alle måleresultater for både vandmætnings- og chloridforsøgene for forforsøgene samlet. I.1 Forsøgsplan for dummys Der blev støbt betonblandinger med 3 forskellige v/c-forhold, hhv. 0,35, 0,45 og 0,55 som gennemgået i Bilag A og Bilag B. For hvert v/c-forhold blev der støbt 3 små cylindre (ø10 cm og h20 cm) og 2 store cylindre (ø15 cm og h30 cm). De 2 store cylindre blev brugt til forskellige forsøg ved 1 bar, idet hver af cylindrene blev skåret ud i 8 kvartcirkler (h10 cm). Til hvert af flg. forsøg blev der brugt 2 prøver for hvert v/c-forhold: 1. Prøvens ene overflade var i kontakt med destilleret. Prøven var på forhånd tør. 2. Prøvens ene overflade var i kontakt med saltvand. Prøven var på forhånd tør. 3. Prøvens ene overflade var i kontakt med saltvand. Prøven var på forhånd vandmættet. De 3 små cylindre blev brugt til diverse trykvandmætningsforsøg f.eks. trykvandmætning ved 8 bar, 15 bar og 150 bar. Herved blev der opnået et kendskab til trykvandmætningsudstyret og til, hvor lang tid de endelige forsøg forventedes at tage. Der vil i det følgende derfor ikke blive gennemgået nogle resultater fra trykvandmætningsforsøgene på dummys, men udelukkende for kapillarsugningsforsøgene, da fokus mht. trykvandmætningsforsøgene ikke var at få nogle egentlige resultater. I.2 Forsøgsbeskrivelse for dummys I det følgende gennemgås den håndtering, der foregik med dummys i forbindelse med kapillarsugningsforsøgene med tørre prøver og i forbindelse med forsøgene med vandmættede prøver. I.2.1 Kapillarsugningsforsøg med tørre dummys 1. De store støbte betoncylindre blev skåret i 8 kvartcirkler med en højde på ca. 10 cm. Enderne blev skåret af, så der ikke var nogle støbeflader 2. Prøverne blev tørret i et varmeskab ved 40 C indtil nogenlunde vægtkonstant, hvilket omtaltes under Afsnit I Prøvernes endeflader blev afdækket med aluminiumstape, og prøvernes sider blev malet med 2 lag epoxyharpiks 4. Prøverne tørrede i ca. et døgn for at sikre, at malingen var helt tør

116 100 Bilag I. Forforsøg 5. Arealet af prøvernes ene endeflade, som skulle være i kontakt med vandet, blev målt 6. Prøverne blev vejet og vægten noteret 7. Prøverne blev placeret på afstandsholdere i en bakke, der indholdt saltvand eller destilleret vand 8. Stopuret blev startet så snart prøverne var i kontakt med vandet 9. Prøverne blev vejet efter 1 min, 2 min, 4 min, 8 min,..., 1 døgn, 2 døgn osv. efter at være aftørret på en afvredet klud. Det præcise tidspunkt blev noteret, når prøverne blev vejet 10. Forsøgene blev stoppet efter 17 døgn 11. Prøverne blev fræset på Rambølls fræsemaskine. Se Bilag F for punktinstruks over fræsningen Det sidste punkt gjaldt dog kun for prøver, der var placeret i saltvand. I.2.2 Forsøg med vandmættede dummys 1. De store støbte betoncylindre blev skåret i 8 kvartcirkler med en højde på ca. 10 cm. Enderne blev skåret af, så der ikke var nogle støbeflader 2. Prøverne blev vakuumvandmættet i ca. 1 døgn 3. Prøverne blev trykvandmættet i ca. 1 døgn i trykbeholderen på DTU ved et tryk på 150 bar 4. Prøvernes sider blev tryktørret, så overfladen blev tør 5. Prøvernes endeflader blev afdækket med aluminiumstape, og der blev malet 2 lag epoxyharpiks på prøvernes sider 6. Prøverne tørrede i min. et døgn for at sikre, at malingen var helt tør 7. Arealet af prøvernes ene endeflade, som skulle være i kontakt med saltvandet, blev målt 8. Prøverne blev vejet, og vægten noteret 9. Prøverne blev placeret på afstandsholdere i en bakke, der indholdt saltvand 10. Stopuret blev startet, så snart prøverne var i kontakt med saltvandet 11. Prøverne blev vejet efter 1 min, 2 min, 4 min, 8 min,..., 1 døgn, 2 døgn osv. efter at være aftørret på en afvredet klud. Det præcise tidspunkt blev noteret, når prøverne blev vejet 12. Forsøget blev stoppet efter 17 døgn 13. Prøverne blev fræset på Rambølls fræsemaskine. Se Bilag F for punktinstruks over fræsningen I.3 Kapillarsugningsforsøg med dummys Der har som angivet under Afsnit I.1 været 2 forskellige typer kapillarsugningsforsøg (1 bar) i gang med dummys, hhv. i destilleret vand og i saltvand. Hvert v/c-forhold er repræsenteret med to prøver i hvert af forsøgene, således at risikoen for evt. målefejl bliver minimeret.

117 Udtørring af dummys 101 I.3.1 Udtørring af dummys Efter 28 dages hærdning i et vandbassin var alle dummys våde, og det var derfor nødvendigt at udtørre dem. Da betons mikrostruktur risikeres at ændres ved temperaturer over 40 C, foregik udtørringen i en ovn ved temperaturen 40 C. Vha. et termometer blev temperaturen i ovnen løbende målt, så den ikke blev for høj. Prøvernes masse blev målt med passende intervaller indtil det blev vurderet, at der var tale om nogenlunde vægtkonstant. Af tidsmæssige årsager var det ikke muligt at fortsætte udtørringen indtil prøverne var fuldstændig tørre, svarende til en maks. vægtændring på 0,01 % pr. dag. I Appendiks XVIII ses måledataene for udtørringen. Figur I.1 viser udtørringsforløbet af de forskellige prøver. Vægttabet er afbildet som funktion af tiden. Figur I.1: Vægtændring af dummys ved udtørring ved 40 C Af Figur I.1 ses der mellem 2. og 3. måling, svarende til mellem dag 3 og 4, et markant fald i samtlige prøvers vægtændring. Herefter er vægtændringen ikke så markant. Det vurderes derfor, at prøverne er tilstrækkeligt tørre til at kunne anvendes til forsøg efter 3 dage. Reelt set er alle prøverne - både dummys og de endelige forsøg - dog udtørret i 5 dage for at fordampe endnu mere vand. I.3.2 Resultater fra kapillarsugningsforsøg med dummys Jævnfør HETEK, [10, s. 32], skal standardiserede kapillarsugningsforsøg stå i 400 timer, hvilket svarer til ca. 17 døgn. Kapillarsugningsforsøgene med dummys stod derfor i 17 døgn. Alle prøver havde den ene endeflade i kontakt med en fri vandoverflade og var dækket af plast under hele forløbet. Figur I.2 og I.3 viser kapillarsugningsresultaterne for de to kapillarsugningsforsøg. Resultaterne er afbildet i et ( t, Q)-koordinatsystem, hvor Q er beregnet jf. (4.6).

118 102 Bilag I. Forforsøg Figur I.2: Kapillarsugningsgraf for tørre dummys i destilleret vand Figur I.3: Kapillarsugningsgraf for tørre dummys i saltvand Som forventet viser både Figur I.2 og Figur I.3, at betoner med højere v/c-forhold er i stand til at opsuge mere vand, da de er mere porøse. Dette afspejles ved at jo højere v/c-forholdet er, jo højere Q-værdier opnås der. På Figur I.2 ses det, at for beton med v/c = 0,55 er der er en afvigelse på Q-værdien efter 17 døgn, der er større end for nogle af de andre v/c-forhold og større end kapillarsugningsforsøgene i saltvand. Denne afvigelse kan skyldes målefejl, eller at den ene prøve kan have indeholdt mere luft end den anden. Da begge cylindre, der repræsenterer beton med v/c = 0,55, stammer fra den samme store udstøbte cylinder, kan den ene prøve f.eks. stamme fra nederste halvdel af den store cylinder, og den anden prøve kan stamme fra øverste halvdel. Hvis betonen ved udstøbning ikke har været vibreret ordentligt, kan det have resulteret i, at luftindholdet i prøven har varieret. Figur I.2 viser kapillarsugningsgrafen for de tørre prøver, der har stået i destilleret vand. Forsøgene er stoppet efter 17 døgn, men af grafen ses det, at betonerne med især v/c = 0,55, men også v/c = 0,45 ikke har nået Q kap endnu. Derimod ser det nærmere ud til at vægtændringen for betonerne med v/c = 0,35 har nærmet sig Q kap. På graferne på Figur I.3 tegner der sig et anderledes billede. Disse kapillarsugningsgrafer viser resultaterne af de kapillarsugningsforsøg, hvor de tørre prøver har stået i saltvand. For alle 3 v/c-forhold ser det ud til, at vægtændringen er

119 Kapillaritetstal for dummys 103 stabiliseret efter 17 døgn, og samtlige grafer har nået Q kap. Der aflæses flg. værdier for Q kap på de 2 figurer - for tilfældet på Figur I.2 er værdierne for v/c = 0,45 og v/c = 0,55 aflæst efter bedste skøn af udseendet af resten af kurven. Værdierne er angivet som et gennemsnit. Q 0,35dest.vand kap = 1, 2 kg/m 2 og Q 0,35saltvand kap = 0, 9 kg/m 2 Q 0,45dest.vand kap = 2, 3 kg/m 2 og Q 0,45saltvand kap = 2, 0 kg/m 2 Q 0,55dest.vand kap = 3, 7 kg/m 2 og Q 0,55saltvand kap = 3, 2 kg/m 2 Sammenlignes resultaterne for samme v/c-forhold for de to forskellige forsøg, ses det, at samtlige Q kap -værdier er lavere i forsøgene udført med saltvand end i forsøgene udført med destilleret vand. Udover at betonen dermed ikke kan opsuge så meget vand, medfører det også, at bottleneck punktet hurtigere nås. I.3.3 Kapillaritetstal for dummys Ud fra kapillarsugningsgraferne er det muligt at beregne kapillaritetstal for betonerne jf. (4.7). Ved beregning af k kap ses der på de første 3-5 punkter på graferne, da der kun her er klar lineær tendens. Dette fremgår af kapillarsugningsgraferne ved et zoom på det indledende forløb som vist på Figur I.4 og Figur I.5 Figur I.4: Indledende forløb af kapillarsugningsgraf for tørre dummys i destilleret vand til bestemmelse af kapillaritetstal

120 104 Bilag I. Forforsøg Figur I.5: Indledende forløb af kapillarsugningsgraf for tørre dummys i saltvand til bestemmelse af kapillaritetstal Kapillaritetstallene for betonerne med forskellige v/c-forhold bestemmes som et gennemsnit af de to værdier bestemt ud fra hver graf. Eksempelvis beregnes de to kapillaritetstal for beton med v/c = 0,55 placeret i destilleret vand ud fra hældningen af de 5 første punkter på hver af graferne, hvorved der fås kg k kap = 0, 0165 m 2 s og k 1/2 kap = 0, 0153 kg m2 s1/2 Dermed bliver kapillaritetstallet for beton med v/c = 0,55 placeret i destilleret vand k 0,55dest.vand kap = 0, 0159 kg m 2 s. 1/2 Tilsvarende bestemmes kapillaritetstallene for de andre v/c-forhold for betonerne placeret i både destilleret vand og saltvand. Tabel I.1 viser de beregnede kapillaritetstal. Tabel I.1: Kapillaritetstal for dummys i destilleret vand og saltvand kg k kap ( m 2 s ) Destilleret vand Saltvand 1/2 v/c = 0,35 0, ,00666 v/c = 0,45 0,0130 0,0106 v/c = 0,55 0,0159 0,0154 Jævnfør Afsnit vil kapillaritetstallet for beton variere mellem 0,01-0,3 kg/(m 2 s 1/2 ) og jo højere v/c-forhold jo højere kapillaritetstal. Resultaterne i Tabel I.1 viser som forventet, at k kap stiger med v/c-forholdet. For alle v/c-forhold ses det, at betonerne i destilleret vand har større kapillaritetstal end betonerne i saltvand. Det vil sige, opsugningen foregår hurtigst når prøverne er placeret i destilleret vand, hvilket stemmer overens med diskussionen af kapillarsugningsgraferne. For betonerne med v/c = 0,55 og v/c = 0,45 tilhører k kap det angivne interval, mens k kap falder uden for intervallet for betonerne med v/c = 0,35. Dette gælder for både destilleret vand og saltvand. I.4 Chloridindhold i dummys Ved to forsøg med dummys blev prøverne udsat for en chlorideksponering. Det ene er forsøget omtalt i forbindelse med kapillarsugning, hvor tørre prøver opsugede saltvand i 17 døgn gennem

121 I.4. Chloridindhold i dummys 105 prøvernes ene endeflade. Det andet forsøg adskilte sig kun fra kapillarsugningsforsøget ved, at prøverne ikke var tørre, men derimod vandmættede. Ellers var forsøgsbetingelserne ens, og prøverne opsugede ligeledes saltvand gennem deres ene endeflade i 17 døgn. Vægten af disse prøver blev løbende målt og noteret samtidig med kapillarsugningsforsøgene. For alle prøver konstateredes det, at vægten lå på max. ±0, 11% i forhold til startmassen. Det interessante ved forskellen i de to forsøg er, at situationen, hvor prøverne er vandmættede svarer til ren diffusion - her trænger chloriderne kun op gennem betonen som følge af en koncentrationsforskel. I situationen hvor prøverne er tørre, er der tale om kombineret diffusion og kapillarsugning - her vil chloriderne både trænge op gennem betonen pga. en forskel i koncentration og via vandet, der trænger op i betonen pga. en trykforskel. Efter de 17 døgn blev prøverne taget op af saltvandet og pakket ind i 2 lag plast. Af bl.a. tidsmæssige årsager var det først muligt at fræse prøverne 27 døgn senere. I dette tidsrum kan man forestille sig, at chloriderne sammen med vandet er diffunderet endnu længere ind i betonen, og de opnåede resultater skal ses i lyset af dette. I alt var der således 6 prøver, det var interessante at optegne chloridprofiler for i og med, at der var 3 forskellige v/c-forhold repræsenteret ved 2 forsøg. Disse 6 prøver blev alle fræset for hver mm den første cm (målt fra den chlorideksponerede overflade). Herefter blev den næste cm af prøven fræset for hver 2 mm. Den resterende del af prøven blev pulveriseret vha. en stenknuser i passende intervaller: Prøven blev skåret i skiver af 5 mm s tykkelse yderligere 3 cm ind i prøven, og de resterende 5 cm af prøven blev skåret i 10 mm tykke skiver. Efter at have fjernet det yderste lag beton, blev skiverne knust og sigtet på en sigte med en maskevidde på 1 mm. Herved blev der i alt opnået 26 portioner betonpulver, der repræsenterede forskellige dybder, for hver prøve. Som udgangspunkt for chloridmålingen blev der udvalgt 7 dybder, hvor chloridindholdet af prøverne blev bestemt. Det drejede sig om dybderne 0-1 mm, 2-3 mm, 4-5 mm, 6-7 mm, 9-10 mm, mm og mm. Det var ikke på forhånd kendt, hvor langt ind i betonerne chloriderne var trængt så efter at have målt chloridindholdet i de angivne dybder, måtte det ud fra det enkelte chloridprofil vurderes, hvor der var brug for ekstra målinger. Figur I.6 - I.11 viser søjlediagrammer over chloridindholdet i de enkelte prøver. Måledata vedr. chloridmåling ses i Appendiks XIX, hvor det også er angivet, i hvilke dybder chloridindholdet for de enkelte prøver er målt. Figur I.6: Chloridindhold i tør beton med v/c = 0,35 (dummy)

122 106 Bilag I. Forforsøg Figur I.7: Chloridindhold i vandmættet beton med v/c = 0,35 (dummy) Figur I.8: Chloridindhold i tør beton med v/c = 0,45 (dummy)

123 I.4. Chloridindhold i dummys 107 Figur I.9: Chloridindhold i vandmættet beton med v/c = 0,45 (dummy) Figur I.10: Chloridindhold i tør beton med v/c = 0,55 (dummy). Bemærk akseinddelingen i forhold til de andre søjlediagrammer

124 108 Bilag I. Forforsøg Figur I.11: Chloridindhold i vandmættet beton med v/c = 0,55 (dummy). Bemærk akseinddelingen i forhold til de andre søjlediagrammer Alle resultater viser, at chloridindholdet i de vandmættede prøver ikke er lige så højt som chloridindholdet det tilsvarende sted i de tørre prøver. Samtidig ses det, at chloriderne ikke trænger lige så langt ind i betonerne, der er vandmættede i forhold til de tørre betoner ved samme v/c-forhold. Dette kan forklares ved, at vandet er med til at drive chloriderne ind i prøverne. Det vil sige, når der er tale om kombineret diffusion og kapillarsugning, vil chloridkoncentrationen gennem betonen være større, end når der kun er tale om ren diffusion. I.4.1 Chloridprofiler for dummys Hvis chloridvariationen i en beton er kendt, kan variationen som omtalt i Kapitel 5 tilnærmes matematisk vha. fejlfunktionsløsningen til Fick s 2. lov. Hermed bliver diffusionskoefficienten for betonen fastlagt, og denne størrelse er meget interessant, da den siger noget om betonens modstand over for chloriddiffusion. Resultatet fra søjlediagrammerne, der illustrerer chloridindholdet i prøverne, afbildes i stedet i punktdiagrammer. Da chloridindholdet er målt i dybder i intervaller på 1 mm, 2 mm, 5 mm eller 10 mm vil chloridkoncentrationen i punktdiagrammerne i stedet afbildes ved en dybde, der svarer til middelværdien for det aktuelle interval. Jævnfør (5.5) er chloridkoncentrationens variation gennem betonen udtrykt ved fejlfunktionsløsningen til Fick s 2. lov. Chlorideksponeringen af prøverne stoppede efter 17 dage, men der gik som nævnt 44 dage før chloridindholdet blev målt. Da tiden, t, indgår i (5.5) er fejlfunktionsløsningen opstillet for begge værdier af t, da det ikke vides hvilket tidspunkt, der er rigtigt. Der fås altså 2 udtryk, der beskriver chloridvariationen gennem betonen til de 2 tidspunkter. Det antages, at den initielle chloridkoncentration, C 0, er 0, hvorved der fås C (x,17dage) = C 17 s C (x,44dage) = C 44 s [ erfc [ erfc x 2 (D 17 1, s) x 2 (D 44 3, s) På Figur I.12 - Figur I.17 er chloridvariationen for de 6 prøver optegnet på baggrund af de to ovenstående udtryk. Ved at afprøve forskellige værdier af C s og D som gennemgået i Kapitel 5, Afsnit er graferne tilpasset målepunkterne bedst muligt. ] ]

125 Chloridprofiler for dummys 109 Figur I.12: Chloridprofil for tør beton med v/c = 0,35 (dummy). Punkterne angiver målepunkterne. Den sorte linje markerer fejlfunktionsløsningen til Fick s 2. lov efter 17 dage, og den røde linje er efter 44 dage Figur I.13: Chloridprofil for vandmættet beton med v/c = 0,35 (dummy). Punkterne angiver målepunkterne. Den sorte linje markerer fejlfunktionsløsningen til Fick s 2. lov efter 17 dage, og den røde linje er efter 44 dage

126 110 Bilag I. Forforsøg Figur I.14: Chloridprofil for tør beton med v/c = 0,45 (dummy). Punkterne angiver målepunkterne. Den sorte linje markerer fejlfunktionsløsningen til Fick s 2. lov efter 17 dage, og den røde linje er efter 44 dage Figur I.15: Chloridprofil for vandmættet beton med v/c = 0,45 (dummy). Punkterne angiver målepunkterne. Den sorte linje markerer fejlfunktionsløsningen til Fick s 2. lov efter 17 dage, og den røde linje er efter 44 dage

127 Chloridprofiler for dummys 111 Figur I.16: Chloridprofil for tør beton med v/c = 0,55 (dummy). Punkterne angiver målepunkterne. Den sorte linje markerer fejlfunktionsløsningen til Fick s 2. lov efter 17 dage, og den røde linje er efter 44 dage Figur I.17: Chloridprofil for vandmættet beton med v/c = 0,55 (dummy). Punkterne angiver målepunkterne. Den sorte linje markerer fejlfunktionsløsningen til Fick s 2. lov efter 17 dage, og den røde linje er efter 44 dage

128 112 Bilag I. Forforsøg For alle v/c-forhold ses en klar tendens til, at fejlfunktionsløsningen tilnærmer målepunkterne bedre for de vandmættede prøver end for de tørre. Dette kan forklares ved, at Fick s 2. lov for diffusion baseres på vandmættede miljøer, dvs. i dette tilfælde på vandmættet beton. For betonerne med v/c = 0,35 og v/c = 0,45 kan fejlfunktionsløsningen med god tilnærmelse dog også beskrive chloridvariationen i tør beton, mens det ikke har været muligt at få løsningen tilpasset tør beton med v/c = 0,55 tilfredsstillende. I det hele taget har det været sværest at tilpasse fejlfunktionsløsningen, så den følger målepunkterne bedst muligt for betonerne med v/c = 0,55. Selv for den vandmættede beton, er der især to punkter, der falder ved siden af grafen. Det drejer sig om chloridindholdet ved 9-10 mm og mm, der begge steder er højere end det, der kan bestemmes ud fra Fick s 2. lov. Det tyder på, at de 2 portioner, som chloridindholdet er målt i, har indeholdt rester fra de foregående, i og med at chloridindholdet er for højt. I.4.2 Diskussion af C s - og D-værdier for dummys Tabel I.2 samler de værdier for chloridkoncentrationen, C s, og diffusionskoefficienten, D, der er brugt til optegnelse af chloridprofilerne for de tørre og de vandmættede prøver efter hhv. 17 og 44 dage. I alle tilfælde blev resultatet, at C s antog den samme værdi både efter 17 og 44 dage, og den er således kun angivet én gang for hvert forsøg i Tabel I.2. Desuden er indtrængningsdybden bestemt ud fra fejlfunktionsløsningen ligeledes angivet i Tabel I.2 Tabel I.2: Chloridkoncentration, C s, og diffusionskoefficient, D, for dummys 17 dage 44 dage Indtrængnings- C s [mg/kg] D [m 2 /s] D [m 2 /s] dybde [mm] v/c = 0,35, tør ,1 35 v/c = 0,35, vandmættet ,1 3,5 20 v/c = 0,45, tør v/c = 0,45, vandmættet ,4 30 v/c = 0,55, tør v/c = 0,55, vandmættet Resultaterne i Tabel I.2 skal ses i lyset af den førnævnte diskussion vedr. forskellen på tørre og vandmættede prøver. Koefficienterne for tør beton er alligevel medtaget, da de giver en indikation af chloridtransporten i tør beton, og da kurverne for v/c = 0,35 og 0,45 vurderes at fitte måleresultaterne ganske rimeligt. Det ses, at indtrængningsdybden stiger med stigende v/c-forhold, og at den er større for tørre betoner end for vandmættede. For beton med v/c = 0,55 er indtrængningsdybden i tør beton over dobbelt så stor end for beton med v/c = 0,35. For alle v/c-forhold ses koncentrationen C s at være højere i den tørre end i den vandmættede beton. Dette skyldes som tidligere diskuteret, at chloridkoncentrationen i de tørre prøver er højere end i de vandmættede. Af samme årsag ses det også, at alle diffusionskoefficienterne, D, for alle v/c-forhold ved resultaterne for både 17 og 44 dage er lavere for de vandmættede betoner end for de tørre. Diffusionskoefficienten udtrykker hvor modstandsdygtig en beton er over for chloriddiffusion, og jo større diffusionskoefficient, jo dårligere modstand yder betonen. Da der jf. måleresultaterne trænger flere chlorider ind i den tørre beton, og da de trænger længere ind i betonen, må diffusionskoefficienten for den tørre beton være højere end for den vandmættede. Sammenlignes resultaterne i forhold til v/c-forholdene ses det, at diffusionskoefficienterne stiger med v/c-forholdet. Dette skyldes, at chloriderne har nemmere ved at trænge ind i betoner med et højt v/c-forhold, da de har en større kapillarporøstiet. For de vandmættede prøver ses det, at C s falder med v/c-forholdet, men for de tørre betoner ses ingen sammenhæng mellem v/c-forholdet og C s. Det er ud fra resultaterne derfor svært at konkludere på en evt. sammenhæng mellem v/c-forholdet og C s. I alle tilfælde ses det, at diffusionskoefficienten efter 44 dage er mindre end diffusionskoefficienten efter 17 dage. Rent matematisk kan det forklares ud fra (5.5). Da både D og t optræder i nævneren

129 Diskussion af C s - og D-værdier for dummys 113 under kvadratrodstegnet, må det gælde, at når t bliver større, må D blive tilsvarende mindre for at opnå den samme chloridkoncentration C (x,t). Jo mindre diffusionskoefficient, jo mere modstandsdygtig er betonen over for chloriddiffusion. Problemet med resultaterne i Tabel I.2 for 44 dage er, at prøverne kun har været udsat for chlorideksponering de første 17 dage. Hvis prøverne havde været eksponeret for chlorider i alle 44 dage, ville chloriderne være trængt længere ind i betonen, og chloridkoncentrationen ville have været større. Til gengæld er der sandsynligvis sket en diffusion af chloriderne længere ind i prøven mellem de 17 og 44 dage. At antage at diffusionskoefficienten efter 17 dage er den rigtige vil dog være på den sikre side. De mest repræsentative værdier af D for de tre betoner vurderes derfor at være dem, der er bestemt for de vandmættede prøver efter 17 dage. Her haves flg. diffusionskoefficienter D v/c=0,35 = 9, m 2 /s, D v/c=0,45 = m 2 /s, D v/c=0,55 = m 2 /s Jævnfør Afsnit 5.4 vil diffusionskoefficienten for beton typisk tilhøre intervallet m2 s. Alle ovenstående diffusionskoefficienter tilhører dette interval.

130

131 115 Bilag J Forsøgsresultater J.1 Opsugningsgrafer Figur J.1: Kapillarsugningsgraf for tørre prøver i destilleret vand

132 116 Bilag J. Forsøgsresultater Figur J.2: Kapillarsugningsgraf for tørre prøver i saltvand Figur J.3: Opsugningsgraf for prøver i destilleret vand ved 8 bar

133 J.1. Opsugningsgrafer 117 Figur J.4: Opsugningsgraf for prøver i destilleret vand ved 15 bar Figur J.5: Opsugningsgraf for prøver i destilleret vand ved 150 bar

134 118 Bilag J. Forsøgsresultater J.2 Opsugningsgrafer til bestemmelse af bottleneck punkt Figur J.6: Kapillarsugningsgraf for beton med v/c = 0,35 i destilleret vand til bestemmelse af bottleneck punkt Figur J.7: Kapillarsugningsgraf for beton med v/c = 0,45 i destilleret vand til bestemmelse af bottleneck punkt

135 J.2. Opsugningsgrafer til bestemmelse af bottleneck punkt 119 Figur J.8: Kapillarsugningsgraf for beton med v/c = 0,55 i destilleret vand til bestemmelse af bottleneck punkt Figur J.9: Kapillarsugningsgraf for beton med v/c = 0,35 i saltvand til bestemmelse af bottleneck punkt

136 120 Bilag J. Forsøgsresultater Figur J.10: Kapillarsugningsgraf for beton med v/c = 0,45 i saltvand til bestemmelse af bottleneck punkt Figur J.11: Kapillarsugningsgraf for beton med v/c = 0,55 i saltvand til bestemmelse af bottleneck punkt

137 J.2. Opsugningsgrafer til bestemmelse af bottleneck punkt 121 Figur J.12: Opsugningsgraf for beton med v/c = 0,35 ved 8 bar til bestemmelse af bottleneck punkt Figur J.13: Opsugningsgraf for beton med v/c = 0,45 ved 8 bar til bestemmelse af bottleneck punkt

138 122 Bilag J. Forsøgsresultater Figur J.14: Opsugningsgraf for beton med v/c = 0,55 ved 8 bar til bestemmelse af bottleneck punkt Figur J.15: Opsugningsgraf for storebæltsbeton ved 8 bar til bestemmelse af bottleneck punkt