Materialer og historisk byggeteknik Arkitektskolen i Aarhus

Transkript

1 Materialer og historisk byggeteknik Arkitektskolen i Aarhus

2 Beton typer, egenskaber, anvendelse og restaurering Henrik Terkelsen arkitekt maa, partner Erik Møller Arkitekter København, maj 2013

3

4 BETON

5 BETONKOMMUNIST

6 BETONKOMMUNIST BETONØRKEN

7 BETONKOMMUNIST BETONØRKEN BETONSLUM

8

9

10 Betonens historie

11

12

13

14

15

16 Beton efter 1867

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33 Betonelementbyggeri

34

35

36 Skive

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47 Materialet beton

48 Opskrift

49

50 Betonens delmaterialer De enkelte delmaterialer i betonen: Cement Flyveaske/Mikrosilica Sand og sten Tilsætningsstoffer Vand Fibre

51 Flyveaske Et restprodukt fra fremstilling af elektricitet på kulfyrede kraftværker Danske flyveasker er overvejende kugleformede partikler bestående af amorft glas Bidrager til styrken af betonen (1 kg FA giver ca. samme styrke som 0,5 kg cement) Billigt Bearbejdelighed Holdbarhed Luft

52 Mikrosilika Et restprodukt fra fremstilling af silicium og ferrosilicium De kugleformede partikler (0.1 μm) består af næsten rent amorft SiO 2 (glas). Norske Elkem dominerer verdensmarkedet Bidrager til styrken af betonen (1 kg MS giver ca. samme styrke som 2 kg cement) Agglomerater Dyrt Ingen bleeding Stabil luft Højere styrke Holdbarhed

53 Tilslag Størrelse: Sand 0/4 mm Sten 4/8 mm Sten 8/16 mm Sten 16/32 mm Miljøklasse: Miljøklasserne P, M, A og E (Alkalikiselreaktivitet, lette korn (porøs flint), frostbestandighed) Type: Bakkematerialer (evt. densitetssorterede) Sømaterialer Knuste materialer (granit m.m.) Andre afgørende faktorer: Kornstørrelses fordeling Kornform

54 Tilsætningsstoffer Platificerende/Superplastificerende Luftindblanding Accelererende Retarderende

55 Platificerende/Superplastificerend e Tilsætningsstoffer Vandbesparende Stabiliserer cementpasta-dispersionen og opretholder bearbejdeligheden gennem sterisk frastødning SuperPlast

56 Tilsætningsstoffer - Luftindblanding Fordele: Øger frostbestandighed Forbedrer betonens bearbejdelighed Forbedrer betonens vandtæthed (luftboblerne bryder kapillarporesystemet i den hærdnede cementpasta) Modvirker betonens tendens til afblanding af sten og udskillelse af vand Nedsætter betonens udtørringstid. Ulempe: Reducerer trykstyrken med 5-6 % for hver 1 % luft Luftindblandingsmiddel: Relativt små molekyler kan være syntetiske såvel som naturlige Hydrofil Luft Hydrofob Fremmer dannelse af og stabiliserer små luftporer Effekt af indblandet luft opdaget ved et tilfælde! I forbindelse med støbning af en dæmning i USA i 1930 erne observerede man, at betonen var særligt holdbar i områder, hvor man havde brugt meget harpiks-holdigt træ til forskalling

57 Vand Drikkevand, genanvendt vand fra betonproduktion, grundvand, naturligt overfladevand og industrielt spildevand Anvendelse af genbrugsvand er tilladt i alle miljøklasser, men vær opmærksom på: Tørstofindhold: Maks. 1 % af tilslagsmængde dvs. ca. 18 kg/m 3 beton I miljøklasse A og E må blandevandet maksimalt indeholde 2 % tørstof.

58 Fibre Plastfibre (typisk polypropylen) Bruges primært til reduktion af svindrevner Stålfibre Bruges undertiden til gulvkonstruktioner, hvor fibrene virker revnefordelende og kan erstatte/delvist erstatte konventionel armering

59 Plastisk beton

60 Sætmål Plastisk beton Flydemål Sætmålsbeton SCC-beton

61 Vand/cement (v/c) forhold Det er ikke mængden af cement der styrer styrken det er forholdet mellem v og c Vand/cement (v/c) forholdet har indflydelse på både betonens styrke og tæthed Krav til v/c forholdet stilles derfor både af hensyn til: betonens styrke holdbarhed, dvs. modstand mod nedbrydning. v/c-forhold 0.35 (tæt, mørk pasta) v/c-forhold 0.60 (lys, porøs pasta)

62 Hvad kan vi skrue på? Mængden og typen af sand/sten Mængden af cement, flyveaske og mikrosilica (finstof) Type af cement Tilsætningsstoffer - type og mængde Varmt/koldt vand

63 Beton udtryk

64 Overflader

65 Overflader

66 Overflader

67 Transparent beton

68 Transparent beton

69 Vedligeholdelse og restaurering af beton

70 Vikingeskibsmuseet Roskilde Fjord N

71 Undersøgte konstruktionsdele (2) (4) (3) (1) (5) Søjler (1) og stern (2) i gavl. Søjler (3) og udhæng (4) i facader. Tværgående bjælker (5) i udhæng.

72 Typiske skader: Stern i gavle og facader Lodrette revner fra overkant og nedefter. Revner er dybe og er opstået i den hærdnede beton. Skadesårsag: Bevægelser i konstruktionen.

73 Typiske skader: Revner i udhæng Revner med hvide udfældninger i underside af udhæng. Lodrette revner med hvide udfældninger i underside af udhæng. Skadesårsag: Formentlig bevægelser i konstruktionen.

74 Typiske skader: Tværbjælker i udhæng Lyse netrevner i tværbjælke i udhæng. Netrevner i overside af tværbjælke i udhæng. Skadesårsag: Alkalikiselreaktioner.

75 Typiske skader revner i søjler i gavle Vandrette revner ud for bøjlearmering samt revne i vandret støbeskel. Diagonalrevner i søjle top. Skadesårsag: Bevægelser i konstruktionen.

76 Typiske skader søjler i facader Skadesårsag: Alkali-kisel reaktioner. Netrevner med hvide udfældninger, skruk overflade (nederste ca. 3 m af søjle).

77 Typiske skader søjler i facader Skadesårsag: Chloridindtrængning. Lodrette revner langs hjørner / hjørneafskalninger på de nederste ca. 3 m af søjle. Omfattende armeringskorrosion

78 Vikingeskibsmuseets beton. Forholdsvis ensartet beton med lavt indhold af stentilslag Det iblandede sand indeholder en del porøs flint Potentiel alkalikiselreaktiv Luftindhold varierer mellem 2-6 vol. % Vand/cementforhold er ca. 0,50-0,55 Beton er generelt hård og fast Tegn på nedbrydning af beton Alkali-kiselreaktioner er eneste alvorlige nedbrydning. Beton er nogle steder helt delamineret. Ses som hvide netrevner på overfladen stedvist ikke synlig

79 Vikingeskibsmuseets malede betonoverflade. Grå maling Pudslag (mørtel) Grunder (stedvis) Beton Malet overflade : Intakt Malet overflade : Maling og mørtellag er nedbrudt

80 Vikingeskibsmuseets ikke malede betonoverflade. Afrenset betonoverflade på stern Nærbillede af betonoverflade. Overfladen er krakeleret. Den yderste betonhud er ikke bevaret.

81 Dæklag og karbonatisering Konstruk-tionsdel Dæklag [mm] Karbonatisering Korrosion Søjler, gavl 24-51, 0-7 mm Lidt i revner Søjler, N-facade 10-52, typisk mm Meget i revner, ikke i intakt beton Stern, gavle mm Lidt i afskalninger Stern i udhæng mm Lidt i afskalninger Bjælker i udhæng 23-95, typisk mm Ikke observeret

82 Chloridmålinger: Søjle i fjordvendt facade 0-20 mm: 0,094 % mm: 0,075 % mm: 0,062 % 0-20 mm: 0,094 % mm: 0,075 % mm: 0,062 % 0-20 mm: 0,094 % mm: 0,075 % mm: 0,062 %

83 Konklusion Undersøgelsen har vist, at betonkonstruktionerne efter en restaurering vil kunne bibringes en lang levetid dvs.. Armeringskorrosion og alkalikiselreaktioner bringes til ophør i de nederste dele af søjlerne i den nordvendte facade. Korrosion af armering i alle afskalninger, under løs beton og i revner på søjler og stern i øst- og vestgavl bringes til ophør. Der skal eventuelt udarbejdes en konstruktionsmæssig løsning for at hindre dannelsen af statiske og bevægelsesbetingede revner i søjler og stern. Yderligere karbonatisering af den afrensede betonoverflade minimeres. Alkalikiselreaktioner i udhæng og i bjælker bringes til ophør. Fugtindtrængning gennem statiske og bevægelsesbetingede revner bør tages i betragtning. Gennemsivninger i udhæng bringes til ophør. Generelt vil der skulle ske en fjernelse af skadet beton, udsætning af ny beton, beskyttelse af såvel ny som eksisterende beton mod luftens kuldioxid og klorider (mod fjorden)

84 Restaureringsmetoder Valgt ud fra: Tilstandsundersøgelsen og en vurdering af det visuelle skadesbillede af ikke undersøgte konstruktionsdele Litteratursøgning og -granskning af nye metoder og produkter Analyse af eksisterende muligheder, Opstilling af fordele og ulemper samt valg af mulige metoder. Tilstræbe en restaurering som fører bygningen tilbage til det oprindelige udseende.

85 Valgte restaureringsmetoder Metoder til en skånsom/effektiv rensning af beton og fjernelse af maling/overfladebehandling samt svage overflader Højtryksspuling/hedtvandsspuling Tøris (larmer meget og vil ikke kunne bruges i museets åbningstid). Kemisk afrensning i kombination med hedtvandspuling

86 Valgte restaureringsmetoder Metoder til en skånsom/effektiv fjernelse af skadet/nedbrudt beton Håndholdt vandjet til mindre og partielle skader Stationær vandjet (vandskæring) til større skader.

87 Valgte restaureringsmetoder Metoder til genetablering af fjernet og/eller afskallet beton Specialmørtel sammensat med delmaterialer tilsvarende den oprindelige beton. Mørtelen sammensættes som flydemørtel (SCCbeton), som pumpes og/eller hældes i specielform. Forme kan efterlignes det oprindelige indtryk ved foto til robotfremstillede forme eller ved rulle/pudsebræt.

88 Valgte restaureringsmetoder Metoder til beskyttelse af oprindelige overflader efter fjernelse af maling En opløsningsmiddelfri silanimprægnering, der trænger så langt ind i overfladen, at det ikke efterlader facaden med en perlende overflade. Har en god bremse overfor klorider, men ikke overfor karbonatisering, hvilket heller ikke er et problem på den aktuelle konstruktion. Det vil være kloriderne som er dimensionsgivende. Katodisk beskyttelse af konstruktioner på fjordsiden (armering) Karbonatiseringsbremsende maling (evt. skjulte konstruktioner i tag) Betonfils (på murværk)

89 Valgte restaureringsmetoder Metoder til genetablering af fjernet og/eller afskallet beton Specialmørtel sammensat med delmaterialer tilsvarende den oprindelige beton. Mørtelen sammensættes som flydemørtel (SCCbeton), som pumpes og/eller hældes i specielform. Forme kan efterlignes det oprindelige indtryk ved foto til robotfremstillede forme eller ved rulle/pudsebræt.

90 Øresundsbroen

91

92

93

94

95

96 Restaureringseksempler

97 Tegners Museum

98 Tegners Museum

99 Schlegels Villa

100 Åboulevarden 82-84, Aarhus

101 Beton og Bæredygtighed