Dansk Betonreparationsdag, 18 november Betonskader, forundersøgelser, årsager, strategi, D&V m.m.

Transkript

1 Dansk Betonreparationsdag, 18 november 2008 Betonskader, forundersøgelser, årsager, strategi, D&V m.m. Birit Buhr Jensen COWI 1

2 Konklusion Undersøgelser - ikke mindst NDT - er et must for at kunne Dokumentere nedbrydningsårsagen og konsekvenser Fastlægge nedbrydningsomfanget og minimere usikkerhed på reparationsomfang Fastlægge nedbrydningshastigheden og dermed vurdere Konsekvens af en reparations udsættelse Tidspunkt for iværksættelse af forebyggende tiltag 2

3 Konklusion fortsat Forundersøgelserne skal indeholde tilstrækkeligt med oplysninger til vurdering af Hvilke reparationer der er teknisk velegnede, herunder forudsætninger for at kunne udføre katodisk beskyttelse Sammenhæng i armeringen Om der skal udføres statiske beregninger - Bæreevne Ofte spares der på forundersøgelser F.eks. undersøgelser udført i nødspor Resultatet kan være at der er usikkerhed på teknik og økonomi - ubehagelige overraskelser 3

4 Indhold 1. Kirkegaard 2. Formål med drift og vedligehold 3. Oversættelse af skader til reparationer - reparationsstrategi 4. Inspektioner/særeftersyn - formål 5. Eksempler på "skjulte" skader 1. Under vand/jord 2. Inde i betonen 6. Bevarelse af samfundsmidler - monitering 7. Konklusion 4

6 Livet forstås baglæns, men skal leves forlæns Søren Kirkegaard ( ) 6

7 Udfordringer - kompetence krav Nyt: "Ønskeliste": Design, materialer, udførelse, curing Gammelt: Hvad var designet, hvad blev kvaliteten og hvor længe skal det holde? 7

9 Formål med drift og vedligehold Det overordnede formål med drift og vedligehold er - at sikkerhedsniveauet er vedligeholdt på et acceptabelt niveau og samtidig at driften foregår på en økonomisk optimal måde for samfundet/ejeren Sikkerhedsniveau - direkte/indirekte Fremkommelighed og brug Bevarelse af samfundsmidler 9

11 Oversættelse af skader til reparationer - reparationsstrategi Skader Udfældninger Revneforekomst Revnemønster/dybde Gennemsivninger Rustudfældninger Afskalninger Nedbøjninger Skadesårsag/konsekvens Skadesomfang Nedbrydningshastighed (levetid) Kode Reparation - holdbar Injicering Betonreparationudbedring Overfladebehandling Katodisk beskyttelse Forstærkning Udskiftning -helt eller delvist 11

12 Oversættelse af skader til reparationer - reparationsstrategi Skadeårsager Korrosion Karbonatisering Klorider Udludning Vagabonderende strømme Galvanisk korrosion Mikrobiel korrosion Betonnedbrydning Fysisk og kemisk Revner Frost Erosion Syre Sulfat (inkl. DEF) AKR Mos/alger Bakterier Statik Fejl dimensioneret Ændrede brugsbetingelser (last mv.) 12

13 Skadesregistrering Birit Buhr Jensen

14 Skadesårsag Betingelser for nedbrydning inkl. hastighed Kloridtærskelværdi for korrosion (ilt, RH, T, betonkvalitet og sammensætning) Karbonatisering (CO 2, RF, betonkvalitet og sammensætning) Alkalikiselreaktioner (Reaktivt materiale, alkali, RH, ph) Osv. 14

15 Skadesårsag Dokumentation af skadeårsag Opstilling af hypotese ud fra skadebillede og eksponering Måling til dokumentation (be- eller afkræfte hypotese) samt kalibrering imod tilstand (sikkerhed i udsagn) Stikprøve for at udelukke andre muligheder 15

16 Skadesomfang Vurdering af overordnet tilstand (sikkerhed) Vurdering af reparationsomfang Teknisk så vel som økonomisk usikkerhed Statik Reparationsvarighed Sikkerhedsbehugning 16

17 Nedbrydningshastighed Vurdering af rest-levetid 17

18 Nedbrydningshastighed vurdering af rest-levetid Perkolatbrønde: Periode fra aktiv til passiv drift år 18

19 Nedbrydningshastighed Vurdering af rest-levetid Syreangreb, svovlsyre, 15 mm på 4,5 år Restlevetid år de værste steder << 50 år 19

20 Nedbrydningshastighed Vurdering af rest-levetid - reparation Tømning af brønde, tilpropning Stålindsats Epoxycoating Tæt sprøjebeton 20

21 Levetid her defineret som: Ingen reparationer i en kommende 10 års periode 21

23 Inspektioner Formålet med inspektioner (inkl. Undersøgelser) er At overvåge at sikkerhedsniveauet opretholdes At registrere forandringer i tilstanden inklusiv detektion af skader 23

24 Optimal reparations strategi Utilstrækkelige budgetter til vedligehold og reparation gør det afgørende af den optimale kort og langsigtede strategi vælges 24

25 Optimal reparations strategi - forebyggende vedligehold Beslutningsproces i forbindelse med valg af forebyggende tiltag 25

26 Optimal reparations strategi - mindre eller større reparation Beslutningsproces i forbindelse med valg af mindre eller større reparation 26

28 Udfordringer i forbindelse med inspektion og vedligehold Skjult nedbrydning kan ske uden visuelle tegn anaerobe betingelser: klorider, sulfater vagabonderende strømme, galvanisk korrosion Det kan føre til ukendt sikkerhedsniveau Forebyggende vedligehold betyder at tiltag tages før f.eks. korrosion starter Hvis inspektioner er baseret på visuelle observationer er tidspunktet for at starte en forebyggende beskyttelse passeret I ikke-tilgængelige områder er der ingen viden om tilstanden Under jord, under vand 28

29 Under vand - ilt fattigt - men risiko for makrocelle korrosion 29

30 Korrosion under vand Korrosion forekommer under vand hvis betonens modstand er lav nok - makro celle korrosion 5-6 m under vand 30

32 Skjulte skader - Impulse Respons Akustisk metode til detektering af: - Delamineringer i betonkonstruktioner - Hulrum i/under/bagved betondæk og vægge Voiding - Stenreder - Manglende vedhæftning af asfalt belægninger på broer - Funderingsproblemer f.eks. startbaner 32

33 Impulse Response test Tvillinge broer, hvor revner blev observeret på undersiden af dækket. I forbindelse med den igangværende bæreevne evaluering var der behov for at undersøge brodækkets integritet. 33

34 Impulse Respons metoden Special hammer med indbygget lastcelle, en geofon og en datalogger Trykbølge fra hammer, response samlet op af geofonen. FFT analyse Sammenligning af frekvens/energi spektret indeholdt i det reflekterede signal med frekvens/energi spektret i impulse responsen fra hammer slaget Velocity/force 34

35 Average mobility resultater Plot der viser mobility slope for brodæk. Arealet dækker ca. 6 x 6 m Resultat: Mobility slope over 3 kan indikere utilstrækkelig komprimering der kan give anledning til defekter og skader Sammenfattende indikerer resultaterne problemer med den konstruktive tilstand/integritet 35

36 15 kerner udboret med henblik på kalibrering - god overensstemmelse 36

37 Fuld skala kalibrering 37

38 38

40 Farøbroerne - Bevarelse af samfundsmidler Katodisk beskyttelse er/vil blive etableret Under vand i 2007 Over vand i 2008 for SF-broen Over vand i 2009 for FF-broen 33 søjler i havvand 40

41 Farøbroerne blev indviet i 1985 Tid før korrosion starter i armeringsdybde? Kombination af inspektioner, kloridprofiler, sensorteknologi, levetids opdatering og forudsigelse. Tiden er "nu" i tidevandszonen og indenfor få år i plaskezonen Relevante reparationsstrategier? Signal 2 Time Cl - Depassiverings dybde 41

42 Farø broerne: Kritisk kloridindhold estimeret på grundlag af eftermonterede sensorer: 0,065 % Cl- af betonvægten Afvigelse 0,015% Cl- af betonvægten Begrænsede data Lavere tærskelværdi end ventet Lav alkali sulfat bestandig cement med lav C 3 A indhold, lille kloridbinding? Ialt 72 søm i kote 0,3, 0,5 og 0,7 cm. Søm overvejende i 35 og 50 mm s dybde. Ialt 12 mm s d 42

43 30-60 mm dybde - plaskezonen 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 SF-03, N SF-03, S SF-05, S SF-06, S SF-07, Ø, pos. A SF-07, Ø, pos. C SF-07, N, pos. E SF-07, V, pos. G SF-07, S, pos. I SF-08, N SF-09, N SF-10, S SF-13, N SF-14, S SF-15, S SF-16, S FF-01, S FF-03, N FF-04, S FF-06, pos. A FF-06, Ø, pos. B FF-06, N, pos. D FF-06, N FF-06, V, pos. F FF-06, V, pos. G FF-06, S, pos. I FF-07, S, pos I FF-09, Ø FF-09, N FF-09, S FF-10, Ø, pos. B FF-11, S, pos I FF-12, S, pos i FF-13, S, pos I FF-14, S FF-16, S Farøbroerne indviet Klorid indhold, % Cl- af betpnvægten

44 Levetidsanalyse - relevante strategier Strategi A: Forebyggende beskyttelse med brug af katodisk beskyttelse Magnetit anoder under vand Anoder i skårne riller over vand Strategi B: Udskiftning af dæklag i kote -1.5 til +2 44

45 Reparationsomkostninger Katodisk beskyttelse (KB) - Forebyggende metode. Ca. 15 mill. DKK - Levetid 25 år - (Reparation og katodisk beskyttelse >> 15 mill. DKK) Udskiftning af dæklag (kote -1.5 to +2) - Ca. 60 mill. DKK - Levetid 50 år Evaluering baseret på 50 år inkl. drift- og vedligeholdelsesudgifter samt diskonteringsrate på 7% Kost optimal løsning er KB 45

46 46

47 Entreprenør: Jorton Katodisk beskyttelse: Entreprenør: BAC-Service Leverandør: Grønvold&Karnov 47

48 48

49 49

51 Konklusion Undersøgelser - ikke mindst NDT - er et must for at kunne Dokumentere nedbrydningsårsagen og konsekvenser Fastlægge nedbrydningsomfanget og minimere usikkerhed på reparationsomfang Fastlægge nedbrydningshastigheden og dermed vurdere Konsekvens af en reparations udsættelse Tidspunkt for iværksættelse af forebyggende tiltag 51

52 Konklusion fortsat Forundersøgelserne skal indeholde tilstrækkeligt med oplysninger til vurdering af Hvilke reparationer der er teknisk velegnede, herunder forudsætninger for at kunne udføre katodisk beskyttelse Sammenhæng i armeringen Om der skal udføres statiske beregninger - Bæreevne Ofte spares der på forundersøgelser F.eks. undersøgelser udført i nødspor Resultatet kan være at der er usikkerhed på teknik og økonomi - ubehagelige overraskelser 52

53 Bedre at være proaktiv end reaktiv 53

54 Hold øje under jord/vand - f.eks. Dykkerinspektioner (monitering) Havvandsangreb af beton - sulfat 54

55 Holdbarhed Kursus i "Reparation af betonkonstruktioner" udvikles og afholdes i et samarbejde mellem DKBI og DTU. Udbydes foråret point i EDTS systemet timers arbejdsindsats Dkbi@dkbi.dk 55