Urlakning i ytan hos “modern”
vattenbyggnadsbetong
Undersökning och utvärdering av urlakningsprofiler
Martin Rosenqvist, Vattenfall / LTH
Älvkarleby | 2015.04.23
Agenda
• Betongens beskaffenhet längs vattenlinjen
• Samverkan mellan flera nedbrytningsmekanismer
• Urlakning
• Analysmetoder
• Resultat
Betongens beskaffenhet vid vattenlinjen
Betongens beskaffenhet vid vattenlinjen
• Samverkan mellan flera nedbrytningsmekanismer?
• Fryscykler
• Nötning
• Urlakning
• Förlopp
Samverkan av nedbrytningsmekanismer
Frysning
Urlakning, frost, nötning
Förstoring
Urlakning av vattenbyggnadsbetong
• Urlakning
– Ensidigt vattentryck
– Strömmande vatten utmed ytan
– Vattnets sammansättning
• Upplösningsreaktioner:
– Ca(OH)2 Ca2+ + 2OH– C-S-H Ca2+ + SiO2 + 2OH-
• Urlakning leder till:
– Ökad porositet
– Lägre hållfasthet
Fältprovtagning vid Ramsele kraftverk
Lamelldammen uppförd 1954 - 1957
Vattendjup:
-1 m
0m
10.5 m
18.5 m
Fältprovtagning – Frostbeständighet
• Bestämning av ytans frostbeständighet för olika ”snitt”
– Boråsmetoden (SS 13 72 44) – avjoniserat vatten – 112 cykler
7 cykl.
14 cykl.
28 cykl.
42 cykl.
56 cykl.
112 cykl.
[kg/m2]
[kg/m2]
[kg/m2]
[kg/m2]
[kg/m2]
[kg/m2]
-1 Yta
0.06
0.06
0.08
0.09
0.10
0.14
-1 Snitt
0.00
0.01
0.03
0.03
0.04
0.06
0 Yta
0.08
0.12
0.19
0.30
0.35
1.76
0 Snitt
0.00
0.00
0.00
0.01
0.01
0.02
10 Yta
0.18
1.66
8.80
10.46
10.54
11.41
10 Snitt
0.00
0.00
0.00
0.01
0.01
0.03
~ 2 mm
~ 7 mm
Fältprovtagning – Frågeställningar
• Resultaten från frostprovningen ledde till följande frågor:
– Hur skiljer sig urlakning av betong mellan de olika djupen?
» Är nedbrytningen till följd av urlakning längre gången på 10 meter?
» Saknas den mest nedbrutna zonen vid 0 meter?
» Hur pass urlakad måste betongen vara för att frostskada ska uppstå?
• Metoder använda under efterföljande undersökningar
– Mikrosondanalys – EPMA – Electron Probe MicroAnalysis
– Röntgendiffraktion – XRD – X-Ray Diffraction
– Termogravimetrisk analys – TG/DTG – Thermogravimetric Analysis
– Svepelektronmikroskopi (bakåtspridda elektroner) – SEM (BSE)
Mikrosondanalys (EPMA) – Funktion
• Kemisk sammansättning
Primär elektronstråle
• Elektronstråle
• Karaktäristisk röntgenstrålning
– Ca, Si, Al, Fe, S, Mg, Na, K, Ti
• ”Filtrering” – Bragg’s lag
– nλ = 2d sin θ
Augerelektroner
Sekundärelektroner
Bakåtspridda elektroner
Karaktäristisk röntgenstrålning
Kontinuerlig röntgenstrålning
Fluorescerande röntgen
d
θ
d dsin
sinθ θ
Mikrosondanalys (EPMA) – Funktion
• Kvantitativ analys (1-2 µm)
– Kalibrering mot standardprov
• Intervall (20-30 µm)
• Cameca SX Five
– WDS-detektorer (5 st)
Röntgendiffraktion (XRD) – Funktion
• Bragg’s lag
– nλ = 2d sin θ
d
θ
d dsin
sinθ θ
SEM (BSE) – Bilder från olika zoner
3
2
1
F
Slutsatser
• Urlakning av framförallt Ca(OH)2 underlättar frostangrepp
på betongens yta längs vattenlinjen i älvmiljö
• Förändringar i betongen kan med fördel kartläggas genom
EPMA, XRD, TG/DTG, samt med stöd av bilder
• Användandet av olika metoder ökar sannolikheten att dra
korrekta slutsatser av inträffade förändringar i betong