Prognostisering av risker för alkalisilikareaktion (ASR) i vattenkraftskonstruktioner.
Mariusz Kalinowski
i
li
ki
Materialgruppen, CBI Betonginstitutet
Alkalisilikareaktion
‐
Starkt basisk miljö ‐ pH > 10 (pH > 12,5 i cementpastans porvätska)
‐
Fukt (RF > 75 %)
‐
Alkalier (Portland ementets kemiska sammansättnin )
Alkalier (Portlandcementets kemiska sammansättning)
‐
Alkalireaktiv ballast ‐ kristallin eller amorf SiO2
Löslighet hos kvarts beror på många faktorer: pH, temperatur, kornstorlek och
korngränsgeometri, deformation, förekomst av tvillingbildning och föroreningar
i kristallstrukturen Amorf SiO2 är mest reaktiv.
i kristallstrukturen. Amorf SiO
är mest reaktiv
‐
Även övrig mineralsammansättning i ballasten kan påverka reaktionen
(t ex fältspat lermineral)
(t ex fältspat, lermineral)
Alkalisilikareaktion
Svällningsförloppets styrparametrar är bara delvis kända, något som försvårar
möjligheterna att göra livslängdsbedömningar men även att utveckla provnings‐
metoder som kan tydligt översättas till verkliga förhållanden för en konstruktion.
etode so a tyd gt ö e sättas t e ga ö å a de ö e o st u t o
Alkalisilikareaktion – bildning av alkalisilikagel
bildning av alkalisilikagel – svällning svällning – bildning av sprickor i betongen
bildning av sprickor i betongen
‐ Försämrad beständighet ‐ fukt, klorider, frost
‐ Försämrad hållfasthet ‐ vittring av betongen
‐ Volyminstabilitet ‐ expansion av konstruktionsdelar
Potentiellt alkalireaktiv ballast i fjälltrakten
Potentiellt alkalireaktiv ballast i fjälltrakten
Långsamt reaktiva bergarter: vissa gnejser, lågmetamorfa
Långsamt
reaktiva bergarter: vissa gnejser, lågmetamorfa
sedimentära bergarter, finkorniga skiffrar, mylonit mm Antas allmänt inte vara reaktiva i cement med Na2Oekv. < 0,6 vikt %, < 3.0 kg
alkalier/m3 betong
Halter < 15 % lågreaktiv ballast, liten risk för skador på betong (gäller inte alltid !)
Halter < 15 % ‐
lågreaktiv ballast liten risk för skador på betong (gäller inte alltid !)
Snabbt reaktiva bergarter: opalförande sandsten och gråvacka
Snabbt reaktiva bergarter: opalförande sandsten och gråvacka
Några procent opal kan ge expanderande reaktion redan vid en alkalihalt
under 0,4 % Na2Oekv. (Stark, 1980).
Prognostisering
Finns alkalireaktiv ballast i betongen ?
K
Kan reaktionen inträffa i den aktuella miljön ?
kti
i t äff i d
kt ll
iljö ?
Vad blir reaktionens hastighet och omfattning ?
Skador på konstruktionen ? Metoder
‐
Okulärbesiktning av konstruktionen i fält
g
‐
Mätning av sprickbredder på konstruktionens yta med mätlupp
‐
Mätning av konstruktionens expansion in situ med extensometer
Mätning av konstruktionens expansion in situ
med extensometer
‐
Provtagning
‐
K tit ti
Kvantitativ petrografisk analys av ballast i planslip och tunnslip
t
fi k
l
b ll t i l li
ht
li
‐
Betongpetrografisk analys i planslip och tunnslip
‐
Mikrostrukturanalys i SEM (kemisk analys, alkalihalt, reaktionsprodukter)
‐
Expansionsmätning av betongprismor i laboratoriet (t ex Rilem AAR 3)
Klippen
Ajaure
Gardikfors
+ Håckrens regleringsdamm: Storån/Indalsälven, Åre kommun. Ajaure
Gardikfors
Klippen (Överumans regleringsdamm) Håckren
Damm
Byggår
Cementsort
Gardikfors
Ajaure
Klippen Håckren
1963 1970
1970 1994 2008 (nytt utskov) Limhamn LH Cement Limhamn LH Cement
Limhamn LH Cement
Anläggningscement
Anläggningscement
Na2Oekv. ,
) ,
ekv ((% ekvivalent Na2O = % Na2O + 0,658 x % K
2O) < 0,6 vikt %
Ajaure
Gardikfors
lå lk li k
lågalkaliska cement
Limhamn LH: Na
Limhamn
LH: Na2Oekv. = 0,4 vikt %
= 0 4 vikt %
Degerhamn Anl Std P CEM I: Na2Oekv. = 0,5 vikt %
Analys av cementpastans kemiska sammansättning med EDS/SEM
Prov från från
Oxid Na2O K2O
Na2O ekvivalent Ajaure
(vikt %) 0,2 01
0,1
0,3 Garviken Garviken
(vikt %) 0,3 03
0,3
0,5 Håckren
(vikt %) 0,1 02
0,2
0,2 Klippen
(vikt %) 0,2 03
0,3
0,4 Ajaure
Gardikfors
Klippen
Petrografisk analys av ballast
Petrografisk analys av ballast
‐ SP‐metod 1441 ‐ SS‐EN 932‐3 ‐ Rilem AAR 1 Petrografisk undersökning i planslip och tunnslip
Prov från
Ballastens huvudbeståndsdelar
Potentiellt alkalireaktiva bergarter
Ajaure
Amfibolit
Mylonitiska
y o t s a krosszoner
oss o e i a
amfiboliten
bo te
Gardikfors
Amfibolit
Mylonitiska krosszoner i amfiboliten
Klippen
Amfibolit
Mylonitiska krosszoner i amfiboliten
Håckren
Metasedimentära bergarter, skiffer,
kvartsit, metabasit
Finkorniga och lågmetamorfa
sedimentära bergarter
Ajaure
Tunnslip, genomfallande polariserat ljus. Området i bilden är 1,7 mm brett.
Håckren
Tunnslip, genomfallande polariserat ljus. Området i bilden är 1,7 mm brett.
Håckren
Tunnslip, genomfallande polariserat ljus. Området i bilden är 1,7 mm brett.
Planslip
Ajaure
Klippen
Håckren
Ajaure
Djup i betongen: 40 mm. Tunnslip, UV ljus. Området i bilden är 6,7 mm brett.
Klippen
Djup i betongen: 5 mm. Tunnslip, UV ljus. Området i bilden är 6,7 mm brett.
Håckren
Djup i betongen: 40 mm. Tunnslip, UV ljus. Området i bilden är 6,7 mm brett.
Betongpetrografisk analys i planslip och tunnslip
‐ Mikrosprickfrekvensen i betongens bindemedel och ballast är låg ‐ Sprickmönster på betongens yta är orsakad av ytliga sprickor (djup max 30 mm)
‐ Inga tecken på ASR
I
k
å ASR
Bedömning av stenmaterialets alkalireaktivitet
‐
Rilem AAR 2 (ASTM C 1260): 4 veckor, 1 M NaOH‐lösning, 80oC
‐
CBI‐metod nr 1, Alkalisilikareaktivitet i betong (1992): minst 20 veckor, Slite Bygg, mättad NaCl‐lösning, 50oC
‐
Rilem AAR 3: 52 veckor,1,25 % Na2Oekv., 38oC
Högalkalisk miljö, ekvivalent Na2O‐halt > 0,6 %
Expansionsmätningar på borrkärnor
Ajaure
Gardikfors
Håckren
Klippen
pp
Slutsatser från undersökningen
‐
Vi har inte funnit några tecken på att ASR har skett i betongen hittills.
‐
Vi bedömer risken för ASR i undersökta konstruktionsdelar i Ajaure, Gardikfors, Håckren och Klippen som mycket låg, även på 150 års sikt.
Gardikfors, Håckren
och Klippen som mycket låg, även på 150 års sikt.
CBI:s pågående arbete
‐
Utveckla och tillämpa effektiva undersökningsmetoder.
‐
Upprätta databas över svenska alkalireaktiva ballastmaterial.
TACK !
TACK !
Klippen
