1. No category

2015.10.14
Alkalireaksjoner i betong –
hva har vi lært i løpet av 25 år?
Jan Lindgård
Seniorforsker
SINTEF Byggforsk
Bergindustriens høstmøte,
Trondheim 16. oktober 2015
Byggforsk
1
Innhold
•
Litt om skademekanismen alkalireaksjoner (AR)
•
Eksempler på skader - konsekvenser
•
Litt historikk om AR i Norge
o
•
Fra "panikkfase" til velfungerende regelverk vha. FoU
Hva nå?
o
o
o
Pågående FoU
Behov for å lære mer?
Framtidig regelverk?
Byggforsk
Bergindustriens høstmøte, Trondheim 16. oktober2015 , Jan Lindgård
2
1
2015.10.14
Alkalireaksjoner i betong –
hva har vi lært i løpet av 25 år?
Vi har lært mye,
og vi lærer stadig mer!
…men vi er ikke utlært.
Byggforsk
3
Litt om skademekanismen alkalireaksjoner
•
Alvorlig skademekanisme for betongkonstruksjoner
o
•
Kun alkali-silika reaksjoner (ASR) i Norge (kalles alkalireaksjoner – AR)
Høy pH i betongen (~13.2-14.0) løser opp silika (SiO2) fra alkalireaktive
tilslag (sand og stein)
o
Det dannes en alkali-silika-gel som absorberer vann og sveller
Byggforsk
Bergindustriens høstmøte, Trondheim 16. oktober2015 , Jan Lindgård
2
2015.10.14
•
Svellingen av alkali-silika-gelen fører til ekspansjon og opprissing
o
Norge: Normalt >10-20 år
o
Internasjonalt: Raskere reaksjon hvis hurtigreagerende bergarter eller varmt klima
Riss parallelt med lastretningen
Krakeleringsriss på frie flater
Byggforsk
Tre betingelser må være oppfylt for at AR skal utvikles
Alkalireaktive tilslag
Hastigheten av
AR øker med
økende temp.
AR vil ikke opptre hvis ett
av hjørnene kuttes
Nødvendige
parametere
Høyt alkaliinnhold
(= høy pH)
Høyt fuktinnhold
Byggforsk
Bergindustriens høstmøte, Trondheim 16. oktober2015 , Jan Lindgård
6
3
2015.10.14
Hvor mye alkalier trengs for at skader kan oppstå?
0,20
Ekspansion
0,15
0,10
0,05
0,00
0,0
1,0
2,0
3,0
Alkaliinnhold
4,0
5,0
6,0
Avhengig
av reaktivitet av tilslag
og type sement / bindemiddel
Prinsipiell illustrasjon av forhold mellom alkaliinnhold (pH) og ekspansjon pga. AR
Ren Portlandsement (CEM I):
>2,5-3 kg/m3 Na2Oekv.
Norcem StdFA (CEM II): >6,5-7 kg/m3 Na2Oekv.
(dvs. > 450-500 kg/m3)
7
Byggforsk
Hvor mye fukt kreves for å utvikle AR?
Damage (expansion)
100
75
Økende fukttilgang vil normalt
forverre skadeutviklingen
50
25
0
0
20
40
60
80
Relative Humidity (RH), %
100
Prinsipiell illustrasjon av forhold mellom fuktinnhold (RF) og skade pga. AR
Alle utendørs konstruksjoner og innendørs fuktbelastede
konstruksjoner må støpes med ikke-alkalireaktiv betong
Byggforsk
Bergindustriens høstmøte, Trondheim 16. oktober2015 , Jan Lindgård
4
2015.10.14
Eksempler
på skader
Bru i Nordland
Foto: Jan Lindgård
Byggforsk
9
Topp av søyle
(kabelføring)
Foto: Jan Lindgård
Byggforsk
Bergindustriens høstmøte, Trondheim 16. oktober2015 , Jan Lindgård
10
5
2015.10.14
Brupilar
Merk:
Krakeleringsriss
der det regner
Foto: Jan Lindgård
Byggforsk
11
Kjerneprøver
boret ut fra søyle
Merk:
1. Risset stopper i dybde
ca. 50 mm
2. "Hovedriss" parallelt
med trykkretningen
Foto: Jan Lindgård
Byggforsk
Bergindustriens høstmøte, Trondheim 16. oktober2015 , Jan Lindgård
12
6
2015.10.14
Søyle med krakeleringsriss
Merk 1:
Rissviddene er mindre enn
de ser ut til på avstand
Merk 2:
Kan oppstå korrosjon
hvis klorider trenger inn i riss
som går inn til armeringen
Foto: Benoit Fournier, Laval University, Canada
Byggforsk
13
Alkalireaksjoner i norske betongbruer
Vertikal opprissing i søyle
Foto: Eva Rodum
(1950, fotografert 2014)
Foto: Eva Rodum
Eva Rodum, Statens vegvesen
Bergindustriens høstmøte, Trondheim 16. oktober2015 , Jan Lindgård
7
2015.10.14
Alkalireaksjoner i norske betongbruer
Opprissing i tårnsøyle
(1969, fotografert 2012)
0,7 mm
Rebet 2015 - Eva Rodum, Statens vegvesen
Foto: E. Rodum, Statens vegvesen
Mastefundament
Foto: Statnett
Merk: Kan oppstå frostforvitring
når vanninnholdet øker pga.
AR og økende opprissing
Byggforsk
Bergindustriens høstmøte, Trondheim 16. oktober2015 , Jan Lindgård
16
8
2015.10.14
Bæreevnemessige konsekvenser (forts.)
Dam med omfattende ekspansjoner
 Den reduserte strekkfastheten vil gi redusert kapasitet for alle strekkrelaterte bæremekanismer (skjær, torsjon, heft, forankring og skjøting
av armering)
eks. jernbanesviller: redusert heft langs spenntau reduserer bæreevnen
 Dammer:
damluker kan kile seg  praktiske problemer
dilatasjonsfuger kan tettes  tvangskrefter kan oppstå (f. eks. hvis +∆T)
 Bruer:
lagere kan få bevegelser/forskyvninger  overskredet kapasitet?
Foto:
Lindgård
søyler kan få deformasjoner/tvangskrefter i toppen
Janbæreevne?
dilatasjonsfuger kan tettes  kan få tvangskrefter (f. eks. hvis +∆T)
Byggforsk
17
Konsekvens av
"voksende" dampilarer
- fare for kiling av luker
Foto: Jan Lindgård
Byggforsk
Bergindustriens høstmøte, Trondheim 16. oktober2015 , Jan Lindgård
18
9
2015.10.14
Konsekvens av
tvangskrefter
Foto: Jan Lindgård
Byggforsk
19
Topp dam - kraftig opprissing
Ekspansjon → lokal
knusning i fuger
Foto: Jan Lindgård
Byggforsk
Bergindustriens høstmøte, Trondheim 16. oktober2015 , Jan Lindgård
10
2015.10.14
Litt historikk om AR i Norge
•
Ca. 25 års erfaring
o
Betraktet som et "ikke-eksisterende” problem før ca. 1990
o
Et stort antall fuktbelastede konstruksjoner har utviklet AR-skader




•
Bruer, dammer, fundamenter, støttemurer, jernbanesviller
Svømmebasseng (spesielt spa-anlegg)
Pre-fabrikkerte betongelementer i fasader
Betongvarer (avløpsrør, betongblokker)
"Panikkfasen" (sett fra en forskers synsvinkel)
o
Stor usikkerhet i bransjen (1990-1996)





Er mitt tilslag alkalireaktivt?
Kan jeg fortsatt selge tilslag til betongformål?
…
Hvordan skal vi produsere bestandig betong?
Må vi kjøpe tilslag fra andre regioner?
Årdal i Ryfylke (ikke-reaktiv naturforekomst)
Byggforsk
21
Hvordan angrep vi problemet?
•
Flere etterfølgende FoU-prosjekter ledet av SINTEF
o
o
•
Samarbeid med viktige aktører i bransjen og Norges Forskningsråd
Stadig økende internasjonalt samarbeide
Hovedfokus: Unngå skader på nye konstruksjoner
o Utbredelse av alkalireaktive bergarter i Norge (1990-1995)



Kartlegging av skadde konstruksjoner ut fra geografi og geologi
Strukturanalyser av betongkjerner (hvilke bergarter er alkalireaktive?)
Petrografisk analyse av tilslag (hvor finner vi de alkalireaktive tilslagene?)
70x280 mm
2.2x1.4 mm
Tynnslip
Planslip
Byggforsk
Bergindustriens høstmøte, Trondheim 16. oktober2015 , Jan Lindgård
22
11
2015.10.14
Hvor finner vi
alkalireaktive tilslag?
•
I tillegg:
o Forkastnings-/forskyvningssoner
o Løsmasser
Siltstein
Mylonitt
Tilslag fra alle regioner i Norge må
dokumenteres mht. alkalireaktivitet
Byggforsk
23
Hvordan angrep vi problemet?
•
Hovedfokus: Unngå skader på nye konstruksjoner
o Utbredelse av alkalireaktive bergarter i Norge (1990-1995)
o
Videreutvikling av prøvingsmetoder for tilslag



o
Hvordan skal vi trygt benytte alkalireaktive tilslag?


o
Norske FoU-prosjekter: 19902014
EU-prosjekter: 2000-2006
RILEM: 19892014
Funksjonsprøving inkl. i norsk regelverk siden 1996
Grunnlaget for generell bruk av Norcem StandardFA
Etablere (forbedre) link lab./felt

2000-2003: Omfattende feltkartlegging i Norge (ca. 160 konstruksjoner, primært bruer)
•
•
•

Er metodene pålitelig?
Bør akseptkriteriene revideres?
Grunnlag for revisjon av norsk regelverk (NB21, 2004)
2004: Etablering av feltstasjoner (SINTEF, Norcem)
•
Gir grunnlag for framtidige forbedringer av metoder, akseptkriterier og regelverk
(nasjonalt og internasjonalt)
Byggforsk
Bergindustriens høstmøte, Trondheim 16. oktober2015 , Jan Lindgård
24
12
2015.10.14
SINTEFs feltstasjon
Etablert 2004 (oppgradert 2014) - oversikt juli 2015
Overflatebehandling
55 betongkuber
Dam-elementer
Dam-elementer
Betongkuber
(mange parallelle kuber i Lisboa)
Beskyttet lagring
Byggforsk
25
Dagens status – norsk regelverk
•
Vi vet i dag hvordan vi skal unngå alkalireaksjoner i nye konstruksjoner
o
FoU ved SINTEF i ca. 25 år
o
5 dr. grader ved NTNU





o
Oversikt over alle publikasjoner finnes på www.farin.no

•
Viggo Jensen (1993)
Børge J. Wigum (1995)
Bård Pedersen (2004)
Nelia Castro (2012)
Jan Lindgård (2013)
FARIN er et Fagforum for AlkaliReaksjoner I Norge (etablert 1999)
Vi har velfungerende metoder og regelverk for alkalireaksjoner
o
Dokumentasjon av tilslagets alkalireaktivitet
o
"Funksjonsprøving"

Hvordan kan vi trygt benytte alkalireaktive tilslag?
Byggforsk
Bergindustriens høstmøte, Trondheim 16. oktober2015 , Jan Lindgård
26
13
2015.10.14
•
Norsk regelverk vedr. AR
o
1993: Prøvingsmetoder for tilslag (SINTEF-rapport)

o
Alkalireaktivt tilslag?
1996: "Hvordan bruke alkalireaktive tilslag på en trygg måte?"


Norsk Betongforenings publikasjon nr. 21 (NB21): "Bestandig betong med alkalireaktivt tilslag"
Frivillig ordning, men hurtig implementert i bransjen
o
2001: NB21 ble formelt normativ referanse
o
2004: Revidert NB21 (gjeldende i dag)

o
Normativ referanse til NS-EN 206
2005: Reviderte prøvingsmetoder (gjeldende i dag)



NB32: "Alkalireaksjoner i betong. Prøvingsmetoder og krav til laboratorier"
Tre metoder
1. Petrografisk analyse
2. 80C Mørtelprismemetode
3. 38C Betongprismemetode
Funksjonsprøving (metode 3)
Byggforsk
27
Pågående FoU ved SINTEF
•
Hovedfokus: Funksjonsprøving
o
"Hvordan bruke alkalireaktive tilslag på en trygg måte?"
o
2007-2014: "COIN"


o
Norges Forskningsråd + partnere (Norcem viktig aktør)
PhD Jan Lindgård (2013) ("pålitelighet av prøvingsmetoder")
2014-2018: "KPN-ASR"



Norges Forskningsråd + partnere (Norcem viktig aktør)
Utvidet internasjonalt samarbeide (Europa, Canada, RILEM)
Deltema:
• Pålitelighet av funksjonsprøvingsmetode
• Akseptkriterier?
• Alkalibidrag fra tilslag ("alkali release")
• Internt alkaliinnhold/pH (post-doc. NTNU)
• Link lab./felt (feltstasjoner, bruer, dammer)
•
•
•
Karakterisering av riss i felt og i lab.
Restekspansjon
AR i lettbetong
Byggforsk
Bergindustriens høstmøte, Trondheim 16. oktober2015 , Jan Lindgård
28
14
2015.10.14
Pågående FoU i regi av Statens vegvesen
•
Etatsprogram
o
«Varige konstruksjoner» (2012-2015)
Prosjekt TB: Tilstandsutvikling bruer




TB1: …
TB2: Alkalireaksjoner (ledes av Eva Rodum)
TB3:…
TB…
o
Prosjekt TT: Tilstandsutvikling tunneler
Prosjekt FB: Fremtidens bruer
Prosjekt FT: Fremtidens tunneler
o
www.vegvesen.no/varigekonstruksjoner
o
o
Foto: Eva Rodum. Statens vegvesen
•
Statens vegvesen er viktigste bidragsyter i Norge vedr. FoU på konsekvenser og tiltak
o
SINTEF samarbeider aktivt med SVV på flere prosjekter
Byggforsk
29
Framtidig FoU-behov?
•
Fortsatt fokus på: Funksjonsprøving – link lab./felt
o Inkl. "alkalibidrag fra tilslag"


•
Må vi ta hensyn til dette?
Hvordan?
Antatt hovedfokus: Skadeutvikling, konsekvenser, tiltak / rehabilitering
o Karakterisering av skadeomfang


Overflateriss + intern opprissing (inkl. bildebehandling)
Ekspansjon
o
Vurdering av konsekvenser (ulike konstruksjonstyper)
o
Estimering av videre skadeutvikling



o
Restekspansjon
Endring av materialegenskaper
Synergi med andre skademekanismer
Tiltak / rehabilitering



Behov for tiltak?
Effektive tiltak for å bremse skadeutviklingen?
Metoder for forsterkning / oppgradering?
Byggforsk
Bergindustriens høstmøte, Trondheim 16. oktober2015 , Jan Lindgård
30
15
2015.10.14
Framtidig regelverk?
•
Dagens regelverk (inkl. testmetoder) vil ikke endres de nærmeste 4-5 årene
o
NB21 og NB32


•
Ingen vesentlige endringer før FoU-prosjektet "KPN-ASR" er ferdig i 2018
Kan bli mindre forbedringer av enkelte paragrafer i NB21
Usikkert når vi vil få felles europeiske prøvingsmetoder
o
Stadig økende internasjonalt samarbeide
o
Norge meget aktiv i RILEM



o
Status vedr. AR i RILEM


o
Int. org. som foreslår prøvingsmetoder, bl.a. for CEN
Aktiv deltagelse i mer enn 15 år
Norsk ledelse i RILEM TC "AAA" (2014-2019)
Prøvingsmetoder for tilslag og "rammeverk" publisert høsten 2015
Pågående arbeid (2014-2019) vedr. funksjonsprøving, link lab./felt og alkalibidrag fra
tilslag
Felles europeiske prøvingsmetoder tidligst fra ca. 2020 (?)
Byggforsk
31
Byggforsk
32
Takk for oppmerksomheten !
Bergindustriens høstmøte, Trondheim 16. oktober2015 , Jan Lindgård
16