SE452316B - Anvendning av en beleggning av slaggcementbetong for att skydda betongkonstruktioner - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 452 516 Slaggcementbetong baserad på ett slaggcement med 65 vikt-z mald. granulerad masugnsslagg har en mycket stor kloridabsor- berande förmåga, vilket gör att den effektiva diffusionskoef- ficienten för klorider blir betydligt lägre än för Portland- cementbetong med samma vattencementtal (vct). Den är t.o.m. lägre än för betong med silikastoft eller flygaska.

Vi har bestämt diffusionskoefficienten för Kloriddiffusion genom cementpastor tillverkade av bindemedel innehållande olika blandningar av Portlandcement och vissa mineraliska tillsatser. Pastorna hade lagrats under 65 dygn i mättad Ca(OH)2-lösning före testen. 8 2 Cementsort Deff X 10 , (cm /S) vbt = 0,40 vbt = 0,60 100 t PC 2.08 9.98 ä 95 % PC*) + 5 t FA 1.68 8.08 85 % PC*) + 15 % FA 1.25 8.19 65 2 PC*) + 35 2 FA 0,30 2.45 90 2 PC**) + 10 2 S 3.02 12.22 35 2 PC**) + 65 % MS 0,11 0.97 *) Cementets specifika yta ökad på ett sådant sätt att samma 28-dygnshållfasthet som för ren PC erhölls.

**) Cementet har normal specifik yta.

Procenttalen avser viktprocent.

PC = standard Portlandcement FA = flygaska S = sílikastoft HS = granulerad mald masugnsslagg (slaggcement).

V V V vbt = resp. resp.

PC+FA PC+S PC+MS 10 15 20 25 35 3 452 316 De höga diffusionskoefficienterna för betong med kiselstoft är särskilt frapperande.

Mätningar av klordiffusion genom betong har visat att diffusi- viteten minskar med ökande slagghalt enligt ekvationen _ . | -mßun n = nO/(1+u's°) där Do är diffusiviteten med PC, S är slagghalten, och u är en konstant. "f'f".*.'rí:'-.'n.. .

Genom att belägga saltutsatta konstruktioner, exempelvis bro- banedäck. kantbalkar, parkeringsdäck, kajdäck. kajpelare, bro- pelare etc. med ett påsprutat lager av slaggcementbetong får man ett effektivt skydd mot kloridinträngning till armerings- järnen. ett mycket effektivare skydd än med de nu använda hydrofoberingarna med silaner etc.. vilkas lângtidsverkan ännu icke är helt utredd. Att direkt gjuta in armeringsjärn i slaggcementbetong är emellertid olämpligt. då slaggen genom sin svavelbalt i vissa fall kan verka korroderande på järnet.

Ett mellanskikt av Portlandcement bör därför alltid finnas mellan armeringsjärn och slaggcementbetong. Fig. 1 visar ett parkeringsdäck, där i en 200 mm tjock betonggjutning 1 med rent Portlandcement armeringsjärn 2 ligger 30 mm under den övre betongytan. Konstruktionsbetongens vct antas vara 0.40. dvs. betongen är mycket högvärdig. Klorídkoncentrationen ovanför däcket har antagits vara 100 g/1, vilket visserligen är mycket högt men motsvarar hård tösaltning. Som jämförelse kan nämnas att atlantvatten har en koncentration av 19 g/1.

Tröskelvärdet för den kloridkoncentration som initierar arme- ringskorrosion antages vara 25 g/1 och denna koncentration nås när konstruktionen har åldern t år. Kloridprofilen 3 blir då den som visas på figuren.

Tiden t kan härledas ur diffusionsekvationen. Koncentrations- potentialen blir 5 10 15 20 25 30 35 452 316 100-25 = 0,75 100-0 vilket på relativa djupet 3/20 = 0.15 motsvarar Fouriertalet Fo 0,01. dvs. 2 D (cm /s) t (s) eff F = 0.01 0 2 2 20 (cm ) Deff för Portlandcementbetongen är enligt ovan 2,08.l0_8 cmz/s. dvs. tiden t blir O,Ol.ZO2 8 t = = l.9.1Û S = 6 år 2,oa.1o'8 Även om underytan antas vara saltad med samma koncentration blir tiden ungefär lika läng.

Efter 6 års kontinuerlig saltexponering skulle alltså arme- ringen börja rosta.

Enligt svenska betongbestämmelser är det emellertid tillåtet med ett vct = 0.50. Diffusionskoefficienten blir då ungefär 4,9.1O_8 cmz/s (D = a.vctb). Åldern när korrosionen startar minskar då till ca 2,5 år. Dessa tider överensstämmer väl med de praktiska erfarenheter man har av Portlandcement- baserade betongkonstruktioner i mycket kloridhaltig miljö.

Förloppet när parkeringsdäcket beläggs med ett ca 30 mm tjockt lager av slaggcementbetong visas på fig. 2. Initieríngstiden för korrosionen förlängs då avsevärt genom den låga diffu- sionskoeffícienten. Den nya tiden kan beräknas exakt genom lösning av diffusionsekvationen, men en approximativ bedömning visar att enbart tiden för att nå kloridkoncentrationen 25 q/1 i gränsskiktet mellan slaggcementbetong och konstruktions- betong blir ca 5; 10 15 20 25 30 35 4552 3'16 o,o1.2o2/o.11.1o'8 (s) = 115 år Ännu längre tid tar det att nå denna koncentration vid järnens nivå. En beläggning med 30 mm Portlandcementbetong av vct = = 0,40 skulle ge en initieringstid av ca 15 år jämfört med de 6 år som gällde utan beläggning, dvs. beläggníngen har en marginell effekt i detta fall. vid en skikttjocklek av enbart 20 mm slaggcementbetong fås ändå en initieringstid av minst 60 år.

Pâ fig. 3 visas några tillämpningar av uppfinningen vid nyan- läggningar eller reparationer. Fig. 3a visar ett snitt genom ett brodäck eller kajdäck. Betonggjutningen 1 är täckt med ett lager 4 av frostbeständig slaggcementbetong och överst ligger en normal asfaltbeläggning 5. Fig. 3b visar ett parkeringsdäck utan asfaltbeläggning och fig. 3c en kantbalk. På fig. 3d visas schematiskt en bropelare av betong l som ovanför och under vattenytan 6 belagts med slaggcementbetongen. På samma sätt är en viaduktpelare skyddad över och under vägbanans yta 7. I samtliga fall antas armeringsjärnen vara placerade i den innanför slaggcementbetongen liggande Portlandcementbetongen.

En stor fördel är dessutom att slaggcementbetong har mycket god frostbeständíghet i närvaro av tösalter. Påläggningen av det skyddande skiktet exempelvis på plattor enligt fig. 3a och 3b erbjuder ej heller nâgra svårigheter. Annorlunda blir för- hållandet emellertid om skyddsskiktet skall läggas på vertika~ la ytor av t.ex. en äldre konstruktion. där saltkoncentratio- nen börjar närma sig farliga nivåer, seller som skydd t.ex. på en reparerad kantbalk till en bro. En helt ny formbyggnad ställer sig tidsödande och blir dyrbar. Sprutbetong erbjuder här en mycket rationell lösning, men vanlig Portlandcement- betong som sprutas på blir normalt inte saltfrostbeständig.

Det har emellertid visat sig att slaggcementbetong med en slagghalt av 65 2 eller däröver även medelst sprutgjutning får en tillfredsställande saltfrostbeständighet. 10 15 20 25 35 452 316 Saltfrostbeständigheten bestämmas genom att skivor utsâgade ur över- och nederänden av en betongcylinder lägges med sâgytan i kontakt med en 3-procentig natriumkloridlösning. och under en dygnscykel först kyles under 16 timmar från +l5°C till -l5°C och sedan på nytt värmes under 8 timmar till +l5°C. Efter ett antal cykler bestämmas avskalníngen í kg/mz eller mm avskal- níngsdjup. Provningsmetodíken är utförligt beskriven i Svensk Standard SS 127 225.

På fig. 4 och 5 visas resultaten av prover på betong utan luftinblandníng resp. med 4,2 - 4,5 2 luft och med slagghalter hos cementet på 0. 15. 40 och 65 t.

Proverna med cement med 65 2 slagg har den i särklass bästa frostbeständigheten. Betongen med rent Portlandcement och med cement med 15 t slagghalt utan luftinblandning blir däremot helt förstörd redan efter 2 - 3 cykler. Med 4.2 - 4.5 2 luft- ínblandníng förbättras frostbeständigheten och betong med rent Portlandcement och med cement med 15 % slagg klarar enbart ca 15 cykler, medan betongen med cement med högre slagghalt har w små skador även efter 25 - 30 cykler.

I sprutbetong är det praktiskt mycket svårt att utnyttja tek- niken med luftinblandníng. Lufthalterna i den färdiga sprntbe- tongen baserad på normalt cement blir därför alltför låga för att klara frostbeständígheten í salt miljö. Slaggcement med hög slagghalt ger här en mycket stor fördel genom att stoppa för även kraftig saltpâfrestning utan extra luftinblandning i betongen.

Redan skadad och klorídinfekterad betong saneras också på ett gynnsamt sätt vid pågjutning av betong baserad på slaggcement med hög slagghalt. På fig. 6 visas en anfrätt bropelare och på fíg- 7 samma pelare några år efter pågjutníng med slaggcement- betong. Av kurvan 3, klorídkoncentrationen, synes hur en för- bättring inträder och hur kloridkoncentrationen vid armerings- järnen 2 sjunker från Co vid pågjutníngen till ett lägre värde Cl. vilket ligger under tröskelnivân T för korrosionen 452 316 på armeringsjärnen. Cu betecknar klorídkoncentratíonen i den omgivande miljön. Den tidigare karbonatíseringsfronten 8 stop- pas upp och kvarstår oförändrad, men en ny karbonatíseríngs- front 9 utbildas i pägjutníngen. Därmed fördröja även korro- síonsínítíering förorsakad av den pH-sänkning, som karbonatí- seríng av betongen medför.

Claims (3)

10 15 452 316 Patentkrag

1. Användning av en 20 - 40 mm tjock beläggning av slaggce- mentbetong innehållande ett cement med mellan 40 och 80 vikt-% granulerad och mald masugnsslagg för att dels skydda betong- konstruktioner mot skador förorsakade av frysning i närvaro av tösalter. företrädesvis kloridbaserade. eller havsvatten. dels skydda den i betongen ingjutna armeringen mot kloridinitierad korrosion.

2. Användning enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a d av att slaggcementbetongen har ett förhållande mellan vattenhalt och cementhalt understigande 0.50.

3. Användning enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a d av att påläggningen av slaggcementbetongen sker genom sprutning. E!!!