Alternative Tømidler Fase 2 - virkning på asfalt, stål og galvaniseret stål samt miljøaspekter Marts 2003 Udgivelsesdato : Marts 2003 Projekt : 21.1610.02 Udarbejdet : Find Meyer/Annette Grarup Kontrolleret : Søren G. Nielsen Godkendt :
Side 1 INDHOLDSFORTEGNELSE SIDE 1 SAMMENFATNING 3 2 INDLEDNING 7 3 PPODUKTER OG EGENSKABER 8 3.1 Nedbrydende virkning på asfalt, stål og galvaniseret stål 8 3.2 Miljøforhold 8 4 AGGRESSIVITET OVERFOR BITUMEN OG ASFALT 10 4.1 Bitumen, blødhedspunkt bestemt ved VT/LFV METHOD 1-98 10 4.2 Asfalt, aftrækstyrke bestemt ved VT/LFV METHOD 2-98 11 4.3 Evaluering af aggressiviteten overfor bitumen og asfalt 16 5 AGGRESSIVITET OVERFOR STÅL OG VARMFORZINKET STÅL 18 5.1 Forsøgsplanlægning 18 5.1.1 Korttidsforsøg 18 5.1.2 Langtidsforsøg 19 5.1.3 Endelig afrensning af plader 19 5.1.4 Metalprøveemner og tømidler 20 5.1.5 Stål, korrosion og korrosionsprodukter 20 5.1.6 Varmforzinket stål, korrosion og korrosionsprodukter 21 5.2 Aggressivitet overfor stål, korttidsforsøg 22 5.3 Aggressivitet overfor stål, langtidstidsforsøg 25 5.4 Aggressivitet overfor stål, evaluering 29 5.5 Aggressivitet overfor varmforzinket stål, korttidsforsøg 30 5.6 Aggressivitet overfor varmforzinket stål, langtidsforsøg 33 5.7 Aggressivitet overfor varmforzinket stål, evaluering 36 5.8 Laboratorieklima contra naturligt klima 37 6 MILJØPÅVIRKNINGER 38 6.1 Opdatering af Tabel 7.1 39 6.2 Tømidlers indflydelse på vegetationen 39 6.3 Miljøstyrelsens generelle holdning 40 6.4 Amternes generelle holdning 40 6.4.1 Storebælt er recipient 40 6.4.2 Udledning i områder med særlige drikkevandsinteresser 42 6.4.3 Udenfor OSD områder 42 6.4.4 Andre recipienter 43 6.5 Konklusion 43 6.5.1 Indbyrdes vurdering af tømidler 43
Side 2 BILAG 1 KORTTIDSFORSØG, FOTOS AF STÅLPLADER 2 LANGTIDSFORSØG, FOTOS AF STÅLPLADER 3 KORTTIDSFORSØG, FOTOS AF VARMFORZINKEDE STÅLPLADER 4 LANGTIDSFORSØG, FOTOS AF VARMFORZINKEDE STÅLPLADER 5 FULDSKALAFORSØG MED VARMFORZINKEDE PRØVEEMNER
Side 3 1 SAMMENFATNING En tidligere gennemført undersøgelse af forskellige tømidler, som er beskrevet i Statusrapporten - Fase 1, peger på en række egenskaber, som ikke er tilstrækkeligt belyst. En brugergruppe af tømidler bestående af: - Banestyrelsen - Sund & Bælt - Vejdirektoratet - Flyvematerielkommandoen besluttede derfor i foråret 2002 at iværksætte en undersøgelse af nogle af disse egenskaber, for at kunne foretage en mere tilbundsgående relativ sammenligning af nogle af de tømidler, der markedsføres i Danmark. De vedtagne undersøgelser omfatter udvalgte tømidlers virkning på: bitumen og asfalt stål og varmforzinket stål ved gennemførelse af egentlige laboratorieforsøg. Da det er besluttet at angive de undersøgte tømidler med kodebetegnelse, er de i rapporten benævnt: T0, T1, T2, T3, T3A og T4. Desuden blev det vedtaget at foretage supplerende undersøgelser af miljøaspekter ved brug af forskellige tømidler. Da disse undersøgelser er baseret på producenternes egne oplysninger, nævnes tømidlerne ved produktnavn. I det følgende gives en kort beskrivelse af rapportens konklusioner for hver af de nævnte undersøgelser. Aggressivitet overfor bitumen og asfalt Der blev afprøvet 3 tømidlers virkning på bitumen og asfalt. Tømidlerne er benævnt T1, T2 og T3. Desuden er der i rapporten medtaget oplysninger om tømidlet T4, som er prøvet af producenten selv. Prøvningerne er gennemført af Vejteknisk Institut efter metoderne VT/LFV METHOD 1-98 og 2-98, som henholdsvis bestemmer bitumenets konsistens (blødhedspunkt ved kugle- og ringmetoden) og asfaltens trækstyrke. Bestemmelserne er foretaget både på prøver, som er påvirket af tømiddel og prøver som er upåvirkede. Forskellen er derfor et udtryk for tømidlets aggressivitet. Ved prøvningerne er der benyttet Venezuelansk bitumen og asfalten er SMA 11 (skærvemastiks med Durasplit og Venezuelansk bitumen 40/60). På grundlag af de foretagne laboratorieforsøg kan det konkluderes at: Den nedbrydende virkning både hvad angår blødheden og aftrækstyrken er mindst for Tømiddel T1, som derfor er bedst (mindst aggressiv) i denne henseende.
Side 4 Den nedbrydende virkning for tømidlerne T2 og T3 er af samme størrelsesorden hvad angår aftrækstyrken. T3 har imidlertid større virkning på blødheden end T2 så samlet set vurderes T2 lidt bedre end T3. Tømidlet T4 indgår ikke i laboratorieforsøgene i dette projekt og grundlaget for direkte sammenligning med de øvrige produkter synes at være for spinkelt. Aggressivitet overfor stål og varmforzinket stål I fase 1 rapporten blev det bl.a. konkluderet at den gængse prøvningsmetode, ASTM F 483, for undersøgelse af tømidlers korrosive virkning på stål og varmforzinket stål, var utilstrækkelig for relativ sammenligning mellem tømidlerne. Dette skyldes bl.a. at prøvningen foretages ved registrering af vægtændringen af metalplader, som er helt neddykket i tømiddel. I virkelighedens verden vil påvirkningen fortrinsvis ske i form af tømiddelsprøjt på metallerne, som befinder sig i atmosfærisk luft. Desuden er prøvningens varighed kun 10 døgn, hvilket synes at være meget lidt, når det betænkes at glatførebekæmpelse sker over en periode på 6 måneder. Det besluttedes derfor at gennemføre både korttids- og langtidsforsøg. Der er afprøvet 4 forskellige tømidlers aggressivitet ved både korttids- og langtidsforsøgene. Tømidlerne benævnes i det følgende T0, T1, T2 og T4. Ved langtidsforsøgene undersøgtes desuden tømidlet T3A. Prøvningerne er udført af Flyvematerielkommandoen. De gennemførte forsøg viser en klar forskel i bedømmelse af tømidlernes aggressivitet alt efter om forsøget baseres på korttids- eller langtidsundersøgelser. Ved korttidsforsøgene blev forsøgspladerne opbevaret i tømiddel, sådan som den sædvanligt benyttede prøvningsmetode foreskriver. Ved langtidsforsøgene blev pladerne med mellemrum dyppet kortvarigt i tømiddel og derefter opbevaret i laboratorieklima. Langtidsforsøgene afspejler derfor væsentligt mere realistisk de reelle forhold, som metalkonstruktioner udsættes for i nærheden af veje og pladser, hvor der foretages glatførebekæmpelse. Stål Som nævnt er der forskel på bedømmelsen af resultaterne alt efter hvilken metode der anvendes. De væsentligste forskelle er: Ved korttidsforsøgene viste resultaterne for alle tømidler overvejende faldende aggressivitet for stigende koncentration. Ved langtidsforsøgene noteredes der omvendt stigende aggressivitet for stigende koncentration. Ved korttidsforsøgene viste tømidlet T0 mellem 30 og100 gange større aggressivt overfor stål end de øvrige tømidler. Ved langtidsforsøgene noteredes en forskel af størrelsesordenen 10 gange. Den ved langtidsforsøgene observerede, lavere aggressivitet af tømidlet T0 i forhold til de øvrige tømidler skyldes, at der relativt hurtigt dannes rustprodukter, som yder en vis beskyttelse mod yderligere tæring, i hvert fald i den 6 måneders periode, som forsøget strækker sig over. Det kan derfor konkluderes at den sædvanligt benyttede prøvningsmetode giver urealistiske resultater, når det drejer sig om koncentrationens indflydelse på aggressiviteten samt den relative aggressivitet mellem T0 og de øvrige tømidler, som indgår i prøvningsprogrammet. Denne metode kan derfor ikke anbefales anvendt.
Side 5 Angående den relative aggressivitet de øvrige tømidler imellem (altså undtaget T0) noteredes samme konklusion for de to metoder. De øvrige tømidler er stort set lige aggressive, når der tages hensyn til de unøjagtigheder, som indgår i de foretagne vurderinger. Varmforzinket stål Som nævnt er der forskel på bedømmelsen af resultaterne alt efter hvilken metode der anvendes. De væsentligste forskelle er: Ved korttidsforsøgene tegnede der sig ikke noget klart billede af koncentrationens indflydelse på tømidlernes aggressivitet. Ved langtidsforsøgene viser der sig en stigende aggressivitet med stigende koncentration. Ved langtidsforsøgene var bedømmelsen af tømidlerne relative aggressivitet helt anderledes end ved korttidsforsøgene. Da langtidsforsøgene i højere grad end korttidsforsøgene afspejler virkelige forhold må disse tillægges afgørende betydning. De viser at tømidlet T1 er mindst aggressivt. Derefter følger T0, som er ca. 5 gange så aggressivt. Ved den lave koncentration (10%) er aggressiviteten af tømidlerne T2, T3A og T4 af samme størrelsesorden, ca. 2 gange så stor som for T0 og ca. 10 gange så stor som for T1. Ved de højere koncentrationer (25 og 50%) er aggressiviteten af tømidlerne T2, T3A og T4 langt, langt større end for de øvrige midler. Det kan derfor også i dette tilfælde konkluderes at den sædvanligt benyttede prøvningsmetode (korttidsmetoden) giver urealistiske resultater, når det drejer sig om koncentrationens indflydelse på aggressiviteten samt den relative aggressivitet mellem tømidlerne, som indgår i prøvningsprogrammet. Denne metode kan derfor ikke anbefales anvendt. Miljøpåvirkninger Nogle af de tømidler, som blev undersøgt i fase 1 rapporten, er siden da udgået eller modificeret og nye er kommet til. Der er derfor indhentet produktblade for disse produkter og de relevante miljødata er samlet i en oversigtstabel (Tabel 6.1 i afsnit 6). Der har ikke kunnet fremskaffes samtlige oplysninger for en del af tømidlerne. I forsøg på at lette sagsbehandlingen ved ansøgning om skift fra et produkt til et andet, er der ført samtaler med Miljøstyrelsen, Fyns Amt, Vestsjællands Amt og Frederiksborg Amt. Undersøgelsen viser, at der er lange traditioner for brug af vejsalt og at der kun i lille udstrækning er foretaget behandling af ansøgninger om brug af alternative tømidler hos amterne. Derfor har amterne ikke gennemarbejdede procedurer for behandling af ansøgninger om tilladelser til anvendelse af alternative tømidler. En ansøgning vil blive behandlet i hvert konkrete tilfælde, hvor det er risiko for den pågældende recipient, der vurderes. Følgende kan anføres:
Side 6 Når det gælder områder med særlige drikkevandsinteresser vil grundvandskontoret udtale sig til sagen. Praksis i den forbindelse er, at det vurderes hvor stor en mængde tømiddel, der spredes på årsbasis. Konservativt regnes der så med, at hele mængden af tømiddel i det pågældende område sammen med den aktuelle nedbør siver ned til grundvandet. Herefter sker i grundvandet en fortynding under vandtransporten hen til nærmeste indvindingsboring. Vandet skal her opfylde de maksimalt tilladelige værdier for en hel række stoffer i Drikkevandsbekendgørelsen. Bl.a. findes tilladelige værdier for natrium, klorid, kalium, kalcium og magnesium. For almindeligt vejsalt er det fortrinsvis kloridindholdet, der kan skabe problemer og i værste fald kan det føre til at det er nødvendigt at opsamle tømidlet og ved fx kloakering føre det til en mindre følsom recipient. De fleste af de alternative tømidler er formiater eller acetater og under normale omstændigheder vil de ikke påvirke grundvandsressourcen i et område. Det skyldes, at det er letomsættelige organiske stoffer, som bortset fra de indgående metalioner, vurderes at undergå en fuldstændig omsætning ved transport gennem jordmatrixen. For andre recipienter som fx åer, søer eller fjorde vil det som regel være recipientafdelingen, der tager stilling til den konkrete sag. I den forbindelse vil det bl.a. være iltforbrug (COD/BOD) ved nedbrydning af tømidlet som indgår i vurderingen. I rapporten er der udarbejdet overslagsberegninger, efter hvilke det kan bedømmes, hvor stort et iltforbrug der kræves for nedbrydning af den mængde af de forskellige tømidler, der skal bruges for at smelte 1 kilogram is ved 5 ºC. Disse estimater kan benyttes ved relativ bedømmelse tømidler imellem. For smeltning af samme mængde is er iltforbruget langt størst for Urea, derefter følger acetaterne (størst for Ice Away (CMA25) og mindst for CMA30). Mindst iltforbrug kræves af formiaterne (2 4 gange mindre end for acetaterne). Almindeligt vejsalt, NaCl, kan slet ikke nedbrydes. I Fase 1 rapporten blev det konstateret at det var uhensigtsmæssigt at kravene for at opnå svanemærket ikke tog hensyn til tømidlernes smeltekapacitet, idet denne, som påpeget ovenfor, indgår i vurderingerne for udledningerne. Som det er nu kan fortyndede produkter, som fx Ice Away være svanemærket selv om produktet, ved smeltning af samme mængde is, forbruger mere ilt ved nedbrydning af produktet end det mere koncentrerede produkt CMA30, som ikke kan svanemærkes. Ved henvendelse til Miljømærkesekretariatet er det imidlertid oplyst, at der kan forventes en kommende revision, som netop vil tage hensyn til det nævnte forhold og inddrage smeltekapaciteten i bedømmelsen.
Side 7 2 INDLEDNING En tidligere gennemført undersøgelse af forskellige tømidler, som er beskrevet i Statusrapporten - Fase 1, peger på en række egenskaber, som ikke er tilstrækkeligt belyst. En brugergruppen af tømidler bestående af: - Banestyrelsen - Sund & Bælt - Vejdirektoratet - Flyvematerielkommandoen besluttede derfor i foråret 2002 at iværksætte en undersøgelse af nogle af disse egenskaber, for at kunne foretage en mere tilbundsgående relativ sammenligning af nogle af de tømidler, der markedsføres i Danmark. De vedtagne undersøgelser omfatter udvalgte tømidlers virkning på: bitumen og asfalt stål og varmforzinket stål ved gennemførelse af egentlige laboratorieforsøg. Undersøgelserne af virkningen på bitumen og asfalt er gennemført af Vejteknisk Institut i Roskilde. Undersøgelserne af korrosiv virkning på stål og galvaniseret stål er gennemført af Flyvematerielkommandoens laboratorium i Værløse. Desuden blev det vedtaget at foretage supplerende undersøgelser af miljøforhold ved brug af forskellige tømidler. Disse undersøgelser omfatter: Opdatering af Tabel 7.1 i fase 1 rapporten angående relevante tømidler og tilhørende miljødata, i det omfang sådanne oplysninger kan skaffes hos producenterne. Indhentning af oplysninger fra Miljøstyrelsen og relevante amter for om muligt at udføre forberedende arbejde ved eventuelt brugerønske om at skifte fra et produkt til et andet Denne rapport omhandler disse undersøgelser og resultaterne heraf.
Side 8 3 PRODUKTER OG EGENSKABER Forud for igangsætning af arbejdet blev det på møde med partnerne besluttet hvilke tømidler, der skulle undersøges for nedbrydende virkning på bitumen, asfalt, stål og varmforzinket stål. Valgene er kort beskrevet i det følgende. Undersøgelserne af miljøforhold omfatter derimod alle relevante tømidler, som markedsføres i dag (februar 2003). 3.1 Nedbrydende virkning på asfalt, stål og varmforzinket stål På det omtalte møde med parterne blev det besluttet at undersøge 4 udvalgte tømidlers nedbrydende virkning på stål og varmforzinket stål samt 3 tømidlers virkning på bitumen og asfalt. Det blev desuden besluttet at benytte en kode for de tømidler, som undersøgelserne omfatter. Resultatet af undersøgelserne for bitumen og asfalt er beskrevet i afsnit 4 og resultaterne for stål og varmforzinket stål i afsnit 5. 3.2 Miljøforhold Undersøgelserne omfatter produkter, der kan henføres til 2 hovedkategorier, nemlig tømidler baseret på acetat og tømidler baseret på formiat. Produkter af begge typer har været afprøvet af partnerne. Desuden er medtaget oplysninger om Safecote, som er et biprodukt fra sukkerfremstilling. Safecote benyttes i Amerika og England som blandingsprodukt. De andre produkter i blandingen er enten magnesiumchlorid, calciumchlorid eller natriumchlorid. Endelig er der medtaget oplysninger om og urea og blandingsproduktet miljø-tø. Alle undersøgelser om miljøforhold er baseret på producenternes egne oplysninger. De tømidler, der indgår i undersøgelsen, er angivet i Tabel 3.1. Resultaterne af undersøgelserne vedrørende miljøforhold er beskrevet i afsnit 6.
Side 9 Kemisk betegnelse Salgsnavn Tilstandsform Producent/leverandør ved spredning Calciummagnesiumacetat Ice Away Lage (25%) Nordisk aluminat og Miljøkemi CMA 30 Lage (30%) Nordisk aluminat og Miljøkemi Kaliumacetat Clearway 1 Lage (50%) Verdugt/Rode&Rode Safeway KA Lage (50%) Univar Natriumacetat Safeway SD Granulat Univar Natriummagnesiumacetat Clearway 6s Granulat Verdugt/Rode&Rode Kaliumformiat Aviform L50 Lage (50%) Norsk Hydro Danmark Safeway KF HOT Lage (50%) Univar Clearway F1 Lage (50%) Verdugt/Rode&Rode Clearway F5 Lage (55%) Verdugt/Rode&Rode Meltium Lage (50%) Kemira Natriumformiat Safeway SF Granulat Univar Biprodukt fra sukkerfremstilling Safecoat Blandingsprodukt Safecoat UK Ltd. (H 2 N) 2 CO Urea Granulat Brøste MgCl 2 Miljø-tø Lage (50%) Linie Kemi Tabel 3.1 Oversigt over tømidler, der indgår i undersøgelserne af miljøforhold Tømidlerne er kort beskrevet i Fase 1 rapporten, afsnit 4.1 hvortil der henvises.
Side 10 4 AGGRESSIVITET OVERFOR BITUMEN OG ASFALT Som omtalt i Fase 1 rapporten blev der i 90 erne rapporteret om nedbrydning af asfaltbelægninger i lufthavnene Fornebu, Gardermoen og Helsinki. I den nævnte periode introduceredes de nye tømidler baseret på acetater og formiater og den observerede nedbrydning blev derfor sat i relation til disse. De rapporterede nedbrydninger beskrives som en delvis opløsning af bitumenbindemidlet, som kan medføre øget risiko for nedbrydning af asfaltbelægninger, startende med løsrivelse af sten i overfladen. Nedbrydningen syntes at være størst, hvor der var anvendt venezuelabitumen. Der blev derfor dengang iværksat et større projekt for at klarlægge disse forhold. Som en del af projektet blev der udarbejdet to prøvningsmetoder, VT/LFV METHOD 1-98 og VT/LFV METHOD 2-98, til bestemmelse af virkningen på henholdsvis bitumen og asfalt. Tre udvalgte tømidler, i det følgende benævnt T1, T2 og T3, er prøvet efter disse metoder. Prøvningerne er foretaget af Vejteknisk Institut i Roskilde 4.1 Bitumen, blødhedspunkt bestemt ved VT/LFV METHOD 1-98 Bitumen påvirkes i naturen bl.a. af luftens iltindhold. Med tiden sker der en ændring af konsistensen ved en hærdningsproces, som fortrinsvis skyldes denne oxidation. Påvirkning af nogle tømidler synes at kunne fremme denne proces. Konsistensen, som også er temperaturafhængig bestemmes ved det såkaldte blødhedspunkt ved kugle og ring metoden, EN 1427. Princippet i denne metode er at måle den temperatur (benævnt blødhedspunktet), ved hvilken en standardkugle kan tvinge en bitumenplade gennem en standardring, således at kuglen (og den deformerede bitumenplade) synker ned til et bestemt plan. Ved prøvningsmetoden VT/LFV METHOD 1-98 lagres bitumenprøven i tømidlet i 3 uger. Efter lagringen undersøges blødhedspunktet ved kugle- og ringmetoden og resultatet sættes i relation til prøvningsresultatet af en bitumenprøve, som ikke har været påvirket af tømiddel. Temperaturforskellen, som bestemmer blødhedspunkterne, mellem de to parallelle prøvninger, må ikke overstige 3 C. Ved afprøvningen valgtes venezuelabitumen og resultatet ved prøvning med tømidlerne T1, T2 og T3 er anført i Tabel 4.1. Desuden er der medtaget resultatet af yderligere et tømiddel T4, som er prøvet af producenten selv. Der observeres i alle tilfælde, jf. Tabel 4.1, hvor bitumenet har været opbevarer i tømiddel, en for- øgelse af den temperatur, som skal påføres for at den standardiserede deformationen af bitumenpladen kan tilvejebringes. Der er således tale om at tømidlerne ændrer bitumenets blødhedspunkt (konsistens) i større eller mindre grad.
Side 11 Tømiddel k og r C Blødhedspunkt k og r, reference 53,0 Delta, reference C T1 53,8 0,8 T2 53,8 0,8 T3 54,4 1,4 T4 1) - 1 Tabel 4.1 Bestemmelse af blødhedspunkt ved kugle og ring VT/LFV METHOD 1-98 Note 1) : Resultatet er baseret på producentens oplysninger fra egen prøvning. Undersøgelsen er foretaget med bitumen B180 or resultatet kan derfor ikke umiddelbart sammenlignes med de øvrige resultater. Som tidligere nævnt er kravet til temperaturforskellen i prøvningsmetoden angivet som maksimalt 3 ºC. Af resultaterne fremgår det, at alle de prøvede tømidler overholder dette krav. Usikkerheden ved selve prøvningsmetoden er meget lille (af størrelsesordenen 0,2 ºC), så selv om de fundne forskelle er beskedne, så er de udtryk for en reel, hærdnende påvirkning fra tømidlerne. Den hærdnende virkning af tømidlerne T1 og T2 er lidt mindre end den er for T3 og T4. 4.2 Asfalt, aftrækstyrke bestemt ved VT/LFV METHOD 2-98 Ved denne prøvningsmetode bestemmes aftrækstyrken af asfaltprøvelegeme efter at prøvelegemet har været lagret i tømidlet i 14 døgn. Prøvningsresultatet sættes i relation til et tilsvarende resultat for et prøvelegeme, som ikke har været påvirket af tømidlet. Til prøvelegemer valgtes et asfaltmateriale SMA 11 (skærvemastiks med durasplit og Venezuelansk bitumen 40/60). Det er dette asfaltmateriale, som fortrinsvis benyttes til vejbelægning i dag. Asfaltmaterialet komprimeredes til en asfaltplade, som prøvelegemerne blev savet ud af. For at sikre ensartet kvalitet af prøvelegemerne blev densiteten bestemt af hvert legeme. Hvert tømiddel blev prøvet på 4 prøvelegemer og resultatet repræsenteres ved gennemsnittet af de 4 prøver. Selve prøvningen sker i princippet ved at lime en cirkulær stålskive (rondel) på prøvelegemet. Ved at trække centralt i skiven kan trækbrudstyrken i den underliggende asfalt bestemmes. Fremgangsmåden ved prøvningerne er illustreret på efterfølgende fotos 4.2 4.7.
Side 12 Forsøgsresultaterne med de valgte tømidler T1, T2 og T3 er vist i Tabel 4.8. Foto 4.2. Asfaltklods af SMA 11, før den bliver skåret til prøvelegemer. Foto 4.3. Udsavet prøvelegeme med pålimet rondel. Før rondellen limes på er der skåret en cirkulær rille med samme diameter som rondellen. Rillen er ca. 5 mm dyb.
Side 13 Foto 4.4. Opstilling før trækning. Asfaltprøvelegemet fastholdes og trækkraften overføres til prøvelegemet igennem rondellen. Foto 4.5. Nærbillede af opstillingen før trækning.
Side 14 Foto 4.6. Asfaltprøve efter trækning, hvor det ses at bruddet er sket i asfalten. Den skårne rille (jf. tekst til Foto 4.2) sikrer at trækket kun overføres til arealet under rondellen. Foto 4.7. Asfaltprøve efter trækning. Også i dette tilfælde er bruddet sket udelukkende i asfalten. I andre tilfælde kan bruddet ske helt eller delvist i limningen mellem rondel og asfalt. I Tabel 4.8 er der noteret hvor stor en del af bruddet, der forekommer i asfalten.
Side 15 Tømiddel Prøve nr. Densitet kg/m 3 Reference, uden påvirkning af tømiddel Middeltal reference Spredning reference 1 2 3 4 2.239 2.234 2.208 2.219 2.225 14 Trækstyrke MPa 1,4 1,4 1,2 1,5 1,4 0,1 Brudbeskrivelse 50% asfalt 100% asfalt 100% asfalt 100% asfalt T1 Middeltal T1 Spredning T1 T2 Middeltal T2 Spredning T2 T3 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 2.236 2.219 2.236 2.236 2.232 9 2.242 2.237 2.239 2.249 2.242 5 2.228 2.228 2.249 2.242 2.237 11 1,2 1,0 1,1 1,1 1,1 0,1 0,8 0,7 0,9 1) 0,8 0,1 0,8 1,1 0,7 1) 2) 25% asfalt 5% asfalt 30% asfalt 100% asfalt 100% asfalt 85% asfalt 100% asfalt 0% asfalt 100% asfalt 100% asfalt 100% asfalt 0% asfalt Middeltal T3 0,9 Spredning T3 0,2 Tabel 4.8. Bestemmelse af trækstyrke af asfalt SMA type11 (skærvemastiks med Durasplit og Venezuelansk bitumen 40/60) påvirket af tømidlerne T1, T2 og T3 i 14 dage. Referenceprøven har ikke været påvirket af tømidler. Prøvningen er udført efter VT/LFV METHOD 2-98. Note 1) : I tilfælde hvor bruddet helt er sket i limningen mellem rondel og asfalt (Brudbeskrivelse: 0% asfalt) er resultatet udeladt i beregning af middeltal og spredning. Hvor kun en del af bruddet er sket i asfalt, er resultatet medtaget, hvis der er god overensstemmelse med de øvrige resultater i gruppen. Dette forekommer særlig for T1 og skyldes at påvirkningen af tømidlet på overfladen af prøvelegemet har medført en svagere vedhæftning ved limning af rondellen. Imidlertid indikerer resultaterne at trækstyrken af limfugen er af samme størrelsesorden som trækstyrken af asfalten. 2) : Kunne være udeladt; men gennemsnitsresultatet ændres ikke væsentligt. Der observeres i alle tilfælde, hvor asfalten har været opbevaret i tømiddel, en reduktion af trækstyrken i forhold til referenceprøven. Der er således tale om at tømidlerne ændrer den indre sammenhængskraft i asfaltmaterialet i større eller mindre grad.
Side 16 Det fremgår af resultaterne i Tabel 4.8 at: Densiteterne af prøvelegemerne er meget ensartede indenfor den enkelte gruppe og grupperne imellem. Dette er et udtryk for prøvelegemernes homogenitet, som er en forudsætning for troværdigheden af resultaterne ved den efterfølgende trækstyrkeprøvning. Referenceprøverne, som ikke er påvirket af tømidler, gav ret ensartede trækstyrker. Middeltrækstyrken er 1,4 MPa og spredningen 0,1 MPa svarende til en variationskoefficient på 0,1/1,4 = 0,07 Ved prøvning af tømiddel T1 er bruddene i flere tilfælde fortrinsvis sket i limningen mellem rondel og prøvelegeme (Brudbeskrivelse: 25%, 5% og 30% i asfalt). Ved sammenligning med resultatet, hvor bruddet helt er sket i asfalt, ses det imidlertid, at der er god overensstemmelse indbyrdes mellem resultaterne. Dette indikerer, at brudstyrken i limfugen er sammenlignelig med den indre trækstyrke i asfalten, og derfor er alle enkeltresultater medtaget ved beregning af middeltal og spredning. Middeltrækstyrken er 1,1 og spredningen 0,1 MPa svarer til en variationskoefficient på 0,1/1,1 = 0,09. Reduktionen af trækstyrken i forhold til referenceprøven er 1,4 1,1 = 0,3 MPa. Ved prøvningen af T2 og T3 er der i begge tilfælde en af de fire prøver, hvor bruddet helt er sket i limfugen. Disse resultater er udeladt ved beregningen af middeltal og spredning. For T2 er middeltrækstyrken 0,8 MPa og spredningen 0,1 MPa svarende til en variationskoefficient på 0,1/0,8 = 0,12. Reduktionen af trækstyrken i forhold til referenceprøven er 1,4 0,8 = 0,6 MPa. For T3 er middeltrækstyrken 0,9 MPa og spredningen 0,2 MPa svarende til en noget større variationskoefficient 0,2/0,9 = 0,22. Reduktionen af trækstyrken i forhold til referenceprøven er 1,4 0,9 = 0,5 MPa. Når der tages hensyn til de relativt store spredninger for tømidlerne T2 og T3 må det konkluderes at trækstyrkereduktionen ved påvirkning af disse er ligeværdige og at den er noget større (0,2 0,3 MPa) end ved påvirkning af T1. 4.3 Evaluering af aggressiviteten overfor bitumen og asfalt Hovedresultaterne af de gennemførte prøvninger af tømidlerne T1, T2 og T3 er anført i Tabel 4.9. Desuden er medtaget oplysninger om tømidlet T4, som er baseret på producentens egen prøvning. Prøvning af tømidlet T4 er foretaget med bitumen B180 og asfalt ABT/180, som begge er anderledes end den bitumen (Venezuelansk B40/60) og asfalt (SMA type 11), som er benyttet ved prøvning af T1, T2 og T3. Sammenligning med disse resultater skal derfor tages med forbehold.
Side 17 Tømiddel Reduktion i blødhed C Reference trækstyrke MPa Reduktion i aftrækstyrke MPa (i %) T1 0,8 1,4 0,3 (21%) T2 0,8 1,4 0,6 (43%) T3 1,4 1,4 0,5 (36%) T4 1) 1 0,8 0,3 (38%) Tabel 4.9. Hovedresultater af gennemførte prøvninger med tømidlerne T1, T2 og T3. Prøvning på Venezuelabitumen B40/60 og SMA type 11. Note 1): Oplysningerne om tømidlet T4 er baseret på producentens egne undersøgelser. Prøvning af dette tømiddel er foretaget med bitumen B180 henholdsvis ABT/180. Sammenligning med de øvrige resultater for T1, T2 og T3 skal derfor tages med forbehold. Der kunne umiddelbart forventes at der var en sammenhæng mellem de enkelte tømidlers indvirkning på henholdsvis blødhedspunktet (konsistensen) og aftrækstyrken. Dette fordi den i VTI notat 24-1999 beskrevne virkning på bitumenet kan medføre at sten i asfaltens overflade lettere kan løsrives, hvilket alt andet lige bør afspejles i aftrækstyrken. Den forventede sammenhæng ses da også i nogen grad fra resultaterne refereret i Tabel 4.9, hvoraf fremgår at: Tømidlet T1 har mindst indvirkning på såvel blødhedspunktet (0,8 ºC) som på aftrækstyrken (21%). Tømidlet T3 har stor indvirkning på såvel blødhedspunktetet (1,4 ºC) som på aftrækstyrken (36%). Tømidlet T2 udskiller sig fra forventningerne ved at have lille indvirkning på blødhedspunktet (0,8 ºC) men størst indvirkning på aftrækstyrken (43%). Tømidlet T4 har middelstor indvirkning på blødhedspunkt (1 ºC) og stor indvirkning på aftrækstyrken (38%). Imidlertid skal disse resultater tages med forbehold, da den benyttede bitumen og asfalt er anderledes end ved prøvning af T1, T2 og T3. Samlet set kan det på basis af de foretagne laboratorieforsøg konkluderes at: Den nedbrydende virkning både hvad angår blødheden og aftrækstyrken er mindst for Tømiddel T1, som derfor er bedst i denne henseende. Den nedbrydende virkning for tømidlerne T2 og T3 er af samme størrelsesorden hvad angår aftrækstyrken. T3 har imidlertid større virkning på blødheden end T2 så samlet set vurderes T2 lidt bedre end T3. Tømidlet T4 indgår ikke i laboratorieforsøgene i dette projekt og grundlaget for direkte sammenligning med de øvrige produkter synes at være for spinkelt.
Side 18 5 AGGRESSIVITET OVERFOR STÅL OG VARMFORZINKET STÅL I fase 1 rapporten blev det bl.a. konkluderet at den gængse prøvningsmetode, ASTM F 483, for undersøgelse af tømidlers korrosive virkning på stål og varmforzinket stål, var utilstrækkelig for relativ sammenligning mellem tømidlerne. Dette skyldes flere forhold, hvoraf kan fremhæves: Prøvningen foretages ved registrering af vægtændringen af metalplader, som er helt neddykket i tømiddel. I virkelighedens verden vil påvirkningen fortrinsvis ske i form af tømiddelsprøjt på metallerne, som befinder sig i atmosfærisk luft. Prøvningens varighed er kun 10 døgn hvilket synes at være meget lidt, når det betænkes at glatførebekæmpelse sker over en periode af 6 måneder. I hele denne periode vil der kunne påføres tømiddel til metaldele på og i nærheden af veje, broer, banelegemer og lufthavne. Prøvningsresultaterne afhænger af tømidlets koncentration. I lufthavnstandarderne er der kun stillet krav til det maksimale vægttab efter 10 døgns lagring. Der er ikke krav til prøvning ved forskellige koncentrationer og sædvanligvis prøves tømidlerne kun ved én enkelt koncentration. I flere tilfælde viser prøvningsresultaterne ikke noget vægttab, men derimod en vægtforøgelse, som skyldes fastsiddende korrosionsprodukter, der ikke kan fjernes med de rensningsmetoder prøvningsmetoden foreskriver. Der er ikke skitseret metoder til bedømmelse af sådanne vægtforøgelser. Ved prøvningen benyttes ulegeret jernplade 50x25x1,5 mm. I tilfælde af varmforzinkning er det ligeledes sådanne plader, der forzinkes. Sædvanligt bygningsstål er ikke ulegeret, og for at opnå en tilstrækkelig lagtykkelse ved varmforzinkning (typisk 70 µm) skal stålemnets tykkelse være min. 3 mm. 5.1 Forsøgsplanlægning Foranlediget af ovennævnte utilstrækkeligheder besluttedes det at gennemføre prøvning efter to forskellige metoder, som i det følgende benævnes henholdsvis korttidsforsøg og langtidsforsøg. Ved korttidsforsøgene benyttes den gængse metode, hvor metalpladerne opbevares i tømiddel i 10 døgn og vejes 6 gange under forløbet. Ved langtidsforsøgene opbevares metalpladerne derimod i laboratorieklima i 6 måneder. Med mellemrum vejes pladerne og dyppes derefter kortvarigt i tømiddel. 5.1.1 Korttidsforsøg Ved korttidsforsøgene blev der benyttet en modifikation (fortrinsvis gående på at temperaturen af tømidlerne ændres fra 38 til ca. 20 C) af den gængse metode ASTM F 483, som kort kan beskrive således: Hvert tømiddel prøves ved 3 forskellige koncentrationer. Tømidler, som forhandles i lageform, undersøges ved 10, 25 og 50% af handelsproduktet. Tømidler i fast form undersøges ved 2, 5 og 10 vægtprocent opløsninger. For hvert tømiddel og hver koncentration benyttes 3 stålplader og 3 varmforzinkede plader.
Side 19 Indledningsvis vejes hver plade. Derefter lægges pladerne i de respektive opløsninger ved laboratorietemperatur, ca. 20 C. Efter eksponering af pladerne, neddyppet i opløsningerne i 24 timer, tages de op og renses, først under varm hane, derefter med vand ved stuetemperatur og til slut tørres de i ovn ved 120 C. Derefter foretages vejning af pladerne og de lægges tilbage i opløsningerne. Processen gentages efter 48, 96, 168, 192 og 240 timer. Efter sidste vejning (efter 240 timer) afrenses pladerne mekanisk, jf. afsnit 5.1.3. Pladerne fotograferes både før og efter denne afrensning. 5.1.2 Langtidsforsøg Ved langtidsforsøgene prøves hvert tømiddel ved samme koncentrationer, som ved korttidsforsøgene. For hvert tømiddel og hver koncentration benyttes 3 stålplader og 3 varmforzinkede plader. De første 10 døgn sker prøvning som følger: Pladerne nedsænkes 5 min. i tømiddel opløsningerne og opbevares derefter 1 døgn i laboratorieklima (temperatur og relativ luftfugtighed registreres). Derefter vejes pladerne uden forudgående skylning og tørring. Så nedsænkes pladerne igen 5 min. i opløsningerne, hvorefter de tages op og opbevares i laboratorieklima i 1 døgn, vejes og nedsænkes igen i 5 min. Efter optagning opbevares pladerne denne gang 2 døgn i laboratorieklima med efterfølgende vejning og neddypning. Nu opbevares pladerne 3 døgn i laboratorieklima med efterfølgende vejning. Efter denne vejning (der er nu i alt gået 10 døgn) dyppes pladerene en gang om ugen 5 min. i opløsningerne og opbevares mellem dypningerne i laboratorieklima. Vejning foretages hver 4 uge (efter ca. 38, 66, 94, 122, 150 og 178 døgn). Efter sidste vejning (efter 188 døgn) afrenses pladerne mekanisk, jf. afsnit 5.1.3. Pladerne fotograferes både før og efter den endelige afrensning. 5.1.3 Endelig afrensning af plader Inden den endelige afrensning af pladerne skulle foretages, blev der foretaget forsøg for at undersøge den bedst egnede metode. Traditionelt anvendes i Danmark mekanisk afrensning ved hjælp af børste eller lignende. En rapport fra Safecote Ltd nævner imidlertid en alternativ, kemisk afrensningsmetode for stålplader. Metoden benytter et kemisk rensemiddel (Clarke s væske) bestående af saltsyre, antimontrioxid og tinchlorid. Denne metode blev afprøvet, men da den ikke gav synligt bedre resultater end den traditionelle, mekaniske afrensning, blev det besluttet at gennemføre den endelige afrensning på mekanisk vis. Fremgangsmåden var som følger: Efter sidste vejning blev prøverne lagt i tætte plastposer (en plade i hver pose). Poserne anbragtes derefter i eksikator med fugtsugende silicagel indtil den endelige afrensning af pladerne gennemførtes. Fugtindholdet i eksikatoren er så lavt at denne opbevaringsform hindrer fortsat korrosion. Ved korttidsforsøgene blev den endelig afrensning foretaget med blød nylonbørste under rindende, varmt vand. Ved langtidsforsøgene, hvor der var ophobet væsentligt mere korrosionsmateriale på pladerne, benyttedes nylon skuresvamp og knofedt. Derefter blev pladerne skyllet i demineraliseret vand og efterfølgende dyppet i acetone, for at fjerne overskydende vand. Til slut blev pladerne opvarmet til 110 ºC i ½ time, og efter afkøling til stuetemperatur blev de vejet. Pladerne fotograferes både før og efter den endelige afrensning.
Side 20 Varmforzinkede stålplader fra langtidsforsøg i tætte plastposer klar til den endelige afrensning. Stålpladerne fra langtidsforsøgene samt alle plader fra korttidsforsøgene opbevares i eksikatoren (glaskrukken i baggrunden). Der er i alt 162 plader, som skal afrenses. 5.1.4 Metalprøveemner og tømidler Prøvninger gennemføres med to materialer: Stål: 50x25x3 mm plade af bygningsstål S235 J0 option 11 (Si indhold mellem 0,25 og 0,30%, der gør det velegnet til varmforzinkning) og varmforzinket stålplade med middel zink lagtykkelse 70 m. Prøvninger foretages med 4 udvalgte tømidler, benævnt T0, T1, T2 og T4. Ved langtidsprøvningen undersøgtes desuden tømidlet benævnt T3A. 5.1.5 Stål, korrosion og korrosionsprodukter Når stål korroderer skyldes det at jernindholdet undergår kemiske processer ved indvirkning af luft og vand og danner rust. Rust er imidlertid ikke ét bestemt stof. Dets sammensætning afhænger bl.a. af hvor meget ilt, der er til stede.
Side 21 I iltfattige omgivelser dannes ferrohydroxid, Fe(OH) 2, som er et hvidt, tungtopløseligt stof. Ved benyttelse af atomvægtene for de indgående grundstoffer kan det beregnes at jernindholdet i dette korrosionsprodukt er ca. 62%, resten er ilt og brint. Fe(OH) 2 omdannes derefter til enten ferrihydroxid, Fe(OH) 3 nh 2 O eller ferrioxid, 2Fe 2 O 3 nh 2 O. Begge de nævnte forbindelser er tungtopløselige, rødbrune stoffer. Vandmolekylerne, nh 2 O, er kemisk bundet til stofferne. Hvis der for Fe(OH) 3 nh 2 O regnes med n=3 (som Figur 3.5 21 i Betonbogen) kan jernindholdet bestemmes til 0,35%. Resten er ilt og brint. For ferrioxid angiver Odin T. Christensen i Poplær kemi følgende sammensætning: 2Fe 2 O 3 3H 2 O, som har et jernindhold på ca. 60%. Rent ferrioxid, Fe 2 O 3, har et jernindhold på ca. 70%. Som nævnt kan korrosionsproduktet meget vel være en blanding af flere forskellige kemiske produkter, så det er ikke muligt an angive et nøjagtigt jernindhold i blandingsproduktet. Ved forsøgene er der i flere tilfælde observeret vægtforøgelser, som følge af at korrosionsprodukter sidder fast på stålpladerne - så fast at de end ikke lader sig fjerne ved den mekaniske afrensning. De observerede korrosionsprodukter har alle været rødbrune, rustfarvede, og antages i de efterfølgende beregninger og vurderinger ved korttidsforsøgene at bestå af en blanding af 2Fe 2 O 3 3H 2 O og Fe(OH) 3 3H 2 O med et gennemsnitligt jernindhold på ca. 50%. Resten er ilt og brint. For beregninger og vurderinger ved langtidsforsøgene antages det at korrosionsprodukterne består af en blanding af 2Fe 2 O 3 3H 2 O og Fe 2 O 3, med et gennemsnitligt jernindhold på 65%. 5.1.6 Varmforzinket stål, korrosion og korrosionsprodukter Den forudsatte lagtykkelse af zinklaget var ca. 70 µm. Da store variationer i tykkelsen kan have indflydelse på forsøgsresultaterne undersøgtes tykkelsen stikprøvevis. Målingerne er foretaget ved hjælp af magnetisk induktionsstrøm. For 42 målinger foretaget på 7 tilfældigt udvalgte plader blev der fundet en gennemsnitstykkelse på 75,4 µm med en standardafvigelse på 3,4 µm svarende til en variationskoefficient på 4,5%. Maksimum var 84,3 µm og minimum 68,0 µm. Alt i alt må det siges at være rimeligt i forhold til den forudsatte lagtykkelse på ca. 70 µm. Zinkovertrækket virker som en katodisk beskyttelse af stålet, idet jern er mere ædelt end zink. Først når zinket er tæret bort på et område, begynder stålet at korrodere, som beskrevet i afsnit 5.1.5. Når dette indtræffer må det formodes at tæringen af zinket i randområderne mellem zink og stål intensiveres. For flere af tømidlerne observeres en vægtforøgelse som følge af fastsiddende korrosionsprodukter (det gælder særlig ved langtidsforsøgene og særlig i starten af forsøgsperioden). For tømidlerne T0 og T1 samt for de svageste koncentrationer af T2, T3A og T4 er korrosionsprodukterne fortrinsvis hvide eller gullige. Det tyder på, at der er tale om zinkoxid, ZnO, som er et hvidt, tungtopløseligt stof. Zinkindholdet i ZnO er ca. 80%. Den dannede zinkoxid beskytter i nogen tid mod yderligere nedbrydning af zinket og stålet. For tømidlerne T0 og T1 samt for de svageste koncentrationer af T2, T3A og T4 varer beskyttelsen hele den undersøgte periode på 6 måneder. For de stærkere koncentrationer (25 og 50%) af tømidlerne T2, T3A og T4 varer beskyttelsen kun ca. 2 måneder. Herefter begynder tæring (med vægttab) af både zink og stål. Zinket opløses som salte og forsvinder formentlig til det omgivende tømiddel, mens stålets korrosionsprodukter bliver siddende fast, og kun i mindre grad kan fjernes ved den endelige mekaniske afrensning. I Bilag 3 og 4 vises pladerne, som danner grundlag for ovenstående konklusioner.
Side 22 5.2 Aggressivitet overfor stål, korttidsforsøg Ved korttidsforsøgene blev tømidlerne T0, T1, T2 og T4 undersøgt, som beskrevet i afsnit 5.1.1 og 5.1.3. Før og efter den endelige afrensning af pladerne var de konstaterede, totale vægtændringer som anført i Tabel 5.1. Konc. T0 2% 5% 10% Konc. T1, T2, T4 10% 25% 50% Vægtændring [mg] før efter før efter før efter T0-34,1-37,5-31,1-33,2-22,6-24,7 T1-0,2-0,3 0,0 0,0-0,2-0,2 T2-0,3-1,4-0,7-1,1 0,0 +0,1 T4-0,4-0,7-0,6-0,9-0,5-0,8 Tabel 5.1 Korttidsforsøg med stålplader. Vægtændring af plader før og efter endelig afrensning. + angiver vægtforøgelse - angiver vægttab. Det ses af Tabel 5.1 at det er beskedne mængder, der fjernes ved den endelige afrensning. Fotografier af pladerne efter afrensningen er vist i Bilag 1. Det fremgår af disse at den foretagne afrensning ikke har kunnet fjerne alle de fastsiddende korrosionsprodukter. Derfor er forløbet af vægtændringerne indtil afrensningen interessant for forståelsen af det stofskifte, som har ført til dannelse af de fastsiddende korrosionsprodukter. Forløbet af disse vægtændringer indtil den sidste afrensning fremgår af Figur 5.2. På grundlag af Tabel 5.1 og Figur 5.2 ses det bl.a. at: Generelt er der tale om vægttab, som følge af korrosionsprodukter, der forsvinder, når pladerne renses. I nogle tilfælde noteres der dog undervejs en vægtforøgelse (fx ved sidste vejning af plader udsat for 2% opløsning af T0, for 10 og 25% opløsning af T1 etc.) som må tilskrives, at korrosionsprodukterne sidder så godt fast, at de ikke fjernes ved den benyttede (og foreskrevne) rensningsmetode. Det totale vægttab for plader udsat for tømiddel T0 er langt større (30 100 gange) end det er tilfældet for de øvrige tømidler. For T0 er det totale vægttab størst for den mindste koncentration og mindst for den største koncentration. Den samme konklusion kunne uddrages af forsøgene med samme tømiddel, som er refereret i fase 1 rapporten. Men som det vil fremgå af langtidsforsøgene er dette slet ikke tilfældet, når påvirkning foregår under naturlige forhold i atmosfærisk luft. For tømidlet T1 er indflydelsen af koncentrationen frem til næstsidste vejning ligesom for T0. Herefter bliver korrosionsprodukterne siddende fast og registreres som en vægtforøgelse, der jo også er udtryk for korrosion. Så alt i alt spores samme, største virkning af laveste koncentration. For tømidlerne T2 og T4 registreres størst aggressivitet for en 25% koncentration. Som nævnt er aggressiviteten af T0 overfor stål, målt ved det totale, gennemsnitlige vægttab af pladerne, langt større (30-100 gange) end for de øvrige tømidler. Aggressiviteten af disse er af samme størrelsesorden dog lidt mindre for T1 end for T2 og T4.
Side 23 T0 0,0-5,0-10,0-15,0-20,0-25,0-30,0-35,0-40,0-45,0 2% 5% 10% T1 0,1 0,0-0,1-0,2-0,3-0,4 10% 25% 50% 0,0 T2-0,2-0,4-0,6 10% 25% 50% -0,8 T4 0,0-0,2-0,4 10% 25% 50% -0,6 Figur 5.2. Korttidsforsøg, vægtændring i mg af stålplader udsat for tømidlerne T0, T1, T2 og T4 i 10 døgn.
Side 24 Som nævnt observeres der for tømiddel T0 et øget vægttab for faldende koncentration. Dette forhold skyldes, at ilten, som er nødvendig for korrosion af stålet, skal opløses i tømidlet for at kunne angribe den nedsænkede stålplade. Rent vand kan opløse mere ilt end opløsninger af tømiddelsalte og derfor er betingelserne for korrosion desangående bedst i rent vand og svage opløsninger af tømidler. Imidlertid kan også andre forhold som fx ph værdien spille ind og ændre billedet lidt, som det ses for nogle af de øvrige tømidler. Som også nævnt fremgår det af graferne i Figur 5.1, at der generelt i starten er tale om vægttab, idet korrosionsprodukterne falder af, og pladerne taber i vægt. Disse vægttab registreres derfor som tæret jern (med faktor 1,00 jf. nedenfor). I nogle tilfælde registreres imidlertid en vægtforøgelse mellem to vejninger (ses ved et opadgående liniestykke). En sådan vægtforøgelse er udtryk for, at dannede korrosionsprodukter sidder så fast, at de ikke fjernes ved den rensning, som metoden foreskriver. Fastsiddende korrosionsprodukter indeholder imidlertid også jern, som ville blive registreret som vægttab, dersom korrosionsprodukterne var faldet af. Vægtforøgelser er derfor naturligvis også et udtryk for tæring. Imidlertid består korrosionsprodukterne (og dermed vægtforøgelsen) i disse tilfælde kun delvist af jern. Som beskrevet i afsnit 5.1.5 antages korrosionsproduktet at have et jernindhold på ca. 50%. Resten, 50%, er ilt og brint. En registreret vægtforøgelse, P, må derfor udelukkende tilskrives den udefra kommende ilt og brint, som indgår i korrosionsproduktet. Vægtforøgelsen, P, repræsenterer derfor kun 50% af selve korrosionsproduktet, idet jernindholdet (50%) er en del af pladens egen vægt. Totalvægten af korrosionsproduktet er derfor P/0,5 og heraf er jernindholdet 50%, eller totalt 0,5/0,5 P = 1,00P. En vægtforøgelse, P, kan derfor alt andet lige sidestilles med en ækvivalent tæring (vægttab) af jern på ca. 1,0P. Det kan dog ikke udelukkes at pladerne, mens de ligger i tømiddel opløsningerne, både taber materiale fra nogle områder og udvikler fastsiddende korrosionsprodukter på andre dele af pladerne. Derfor kan et registreret vægttab i princippet godt være et udtryk for at det affaldne materiale er større end det fastsiddende. Omvendt kan en registreret vægtforøgelse godt indebære at en mindre materialemængde er faldet af i badet, uden at det kan registreres. Alligevel giver en opsummering af de registrerede vægttab og vægtforøgelser et godt billede af de korrosionsprocesser, som stålet har undergået i de 10 dage prøvningen har varet. Resultatet af denne summering er vist i Tabel 5.3. Konc. T0 2% 5% 10% Konc. T1, T2, T4 10% 25% 50% Total ændring mg Σtab Σforøgelse Σtab Σforøgelse Σtab Σforøgelse T0 42,7 8,6 31,1 0,0 22,6 0,0 T1 0,5 0,3 0,3 0,3 0,2 0,0 T2 0,4 0,1 0,7 0,0 0,2 0,2 T4 0,4 0,0 0,6 0,0 0,6 0,1 Tabel 5.3. Korttidsforsøg, stål. Summering af registrerede vægttab og vægtforøgelser af stålplader opbevaret i tømidlerne T0, T1, T2 og T4 ved forskellige koncentrationer.
Side 25 Benyttes faktoren 1,00 for at ækvivalere registrerede vægtforøgelser med korroderet jernmængde, og faktoren 1,00 for registrerede vægttab fås værdierne i Tabel 5.4, som, med de antagne forudsætninger, er det bedste skøn for den totale jernmængde, der er korroderet under forsøget. I Tabellen er også anført (i parentes) de fundne vægtændringer efter afrensning, jf. også Tabel 5.1. Konc. T0 2% 5% 10% Konc. T1, T2, T4 10% 25% 50% 1,0Σtab + 1,0Σforøgelse mg mg mg T0 (-37,5) -51,3 (-33,2) -31,1 (-24,7) -22,6 T1 (-0,3) -0,8 (0,0) -0,6 (-0,2) -0,2 T2 (-1,4) -0,5 (-1,1) -0,7 (+0,1) -0,4 T4 (-0,7) -0,4 (-0,9) -0,6 (-0,8) -0,7 Tabel 5.4. Korttidsforsøg, stål. Summering af ækvivalente vægttab, angivet med -, af stålplader opbevaret i tømidlerne T0, T1, T2 og T4 ved forskellige koncentrationer. Tal i ( ) er de registrerede vægttab efter afrensning, jf. Tabel 5.1. Den foretagne korrektion i Tabel 5.4 ændrer imidlertid ikke i væsentlig grad de konklusioner, som er foretaget på grundlag af graferne i Figur 5.2. 5.3 Aggressivitet overfor stål, langtidsforsøg Ved langtidsforsøgene blev tømidlerne T0, T1, T2, T3A og T4 undersøgt ved prøvningsmetoden beskrevet i afsnit 5.1.2 og 5.1.3. Før og efter den endelige afrensning af pladerne var de konstaterede, totale vægtændringer som anført i Tabel 5.5. Forskellen er den mængde, der kunne afrenses ved den benyttede, mekaniske metode. Det ses at det er ret store mængder, specielt for pladerne udsat for tømidlet T0. Konc. T0 2% 5% 10% Konc. T1, T2, T4 10% 25% 50% Vægtændring [mg] før efter før efter før efter T0 +204,6-415,7 +304,9-504,8 +639,3-806,4 T1 +4,9 +0,2 +7,5 +0,3 +19,0-0,1 T2 +10,3 +0,0 +29,6-0,1 +38,8-0,1 T3A +6,9-0,4 +26,5-0,5 +38,3-0,5 T4 +7,8-0,5 +8,3-0,3 +30,2-0,4 Tabel 5.5 Langtidsforsøg, stålplader. Vægtændring af plader før og efter endelig afrensning. + angiver vægtforøgelse - angiver vægttab. Fotografier af pladerne efter afrensningen er vist i Bilag 2. Det fremgår af disse at den foretagne afrensning ikke har kunnet fjerne alle de fastsiddende korrosionsprodukter. Derfor er forløbet af vægtændringerne indtil afrensningen interessant for forståelsen af det stofskifte, som har ført til dannelse af de fastsiddende korrosionsprodukter. Forløbet af disse vægtændringer indtil den sidste afrensning fremgår af Figur 5.6. På grundlag af Tabel 5.5 og Figur 5.6 ses det bl.a. at:
Side 26 Generelt er der tale om vægtforøgelser, som fortrinsvis må skyldes korrosionsprodukter, der sidder fast på pladerne. Nogen vægtforøgelse kan imidlertid også skyldes at tømidlet bliver siddende på pladerne, efter at disse har været dyppet i midlet, og efterfølgende tørrer ved opbevaring i luften efterladende tømiddel i fast form. Kun i enkelte tilfælde observeres vægttab mellem to vejninger. Den totale vægtforøgelse for plader udsat for tømidlet T0, og hermed aggressiviteten, er mere end 10 gange større end det er tilfældet for de øvrige produkter. Samme konklusion blev draget ved korttidsforsøgene, blot var der her tale om vægttab. For tømidlet T0 er aggressiviteten stigende med stigende koncentration. Ved korttidsforsøgene var aggressiviteten stigende med faldende koncentration, men dette er altså ikke tilfældet i virkelighedens verden, hvor påvirkningen sker efter samme principper, som benyttes ved langtidsprøvningen. Samme tendens med stigende aggressivitet med stigende koncentration ses også for de andre tømidler. For tømidlet T0 ses en voldsom vægtforøgelse i de første 2 måneder. Derefter standser processerne stort set frem til vejningen efter 6 måneder. Dette skyldes formentlig at de dannede korrosionsprodukter beskytter stålet mod videre tæring i hvert fald for en tid. Som nævnt er aggressiviteten af T0, målt ved den totale, gennemsnitlige vægtforøgelse af pladerne, langt større (mere end 10 gange) end for de øvrige tømidler. Aggressiviteten af T2 og T3A er af samme størrelsesorden mens den er mindre for T4 og mindst for T1. Samme konklusion blev resultatet af korttidsforsøgene, bortset fra T3A, som ikke indgik i denne forsøgsrække. Som nævnt er der generelt tale om vægtforøgelser, som skyldes korrosionsprodukter, der sidder fast på pladerne. Forøgelserne kan også i nogen grad skyldes indtørret tømiddel, som bliver siddende på pladerne. Fastsiddende korrosionsprodukter indeholder jern, som ville blive registreret som vægttab, dersom korrosionsprodukterne var faldet af eller helt kunne fjernes ved den endelige afrensning. Vægtforøgelserne er derfor naturligvis også et udtryk for tæring. Imidlertid består korrosionsprodukterne (og dermed vægtforøgelsen) kun delvist af jern. Som beskrevet i afsnit 5.1.5 antages korrosionsproduktet ved denne forsøgsserie at have et jernindhold på ca. 65%. Resten, 35%, er ilt, brint og vand. En registreret vægtforøgelse, P, må udelukkende tilskrives det udefra kommende ilt, brint og vand, som indgår i korrosionsproduktet. Vægtforøgelsen, P, repræsenterer derfor kun 35% af selve korrosionsproduktet. Totalvægten af dette er derfor P/0,35 og heraf er jernindholdet 65%, eller totalt 0,65/0,35 P = 1,85 P. En vægtforøgelse, P, kan derfor sidestilles med en ækvivalent tæring af jern på ca. 1,85 P. Det fremgår af graferne i Figur 5.6 at der også i nogle tilfælde registreres et vægttab mellem to vejninger (ses ved et nedadgående liniestykke). Et sådant vægttab er et udtryk for at dannede korrosionsprodukter og/eller indtørret tømiddel falder af pladen fx i forbindelse med at pladen dyppes i tømiddel i 5 minutter inden næste ophold i luften. Et vægttab, Q, forudsættes at bestå af samme korrosionsprodukter, som dannes ved vægtforøgelserne. Af det tabte korrosionsprodukt er det imidlertid kun 65%, der er jern. Et vægttab, Q, sidestilles derfor med en ækvivalent tæring af jern på ca. 0,65Q.