fakta om mur og betong

Alkalibestandighet

Kort og godt:

Hvordan fjerne faren for alkalireaksjoner?

En av følgende forutsetninger må tilfredsstilles:

  • Ikke reaktivt tilslag
  • Lav alkalisement (ekv. Na2O < 0,6 vekt %)
  • Maksimalt 3,0 kg alkalier/m3betong.
  • Norskprodusert flyveaskesement (maksimalt 5,0 kg alkalier/m3 betong).
  • Tilsetning av minimum 10% silikastøv av sementvekten (maksimalt 5,0 kg alkalier/m3 betong).

Betong er et alkalisk materiale. Alkaliene i betongen kommer i alt vesentlig fra sementen som inneholder større eller mindre mengder alkalier i form av kalium og natriumoksider.

Blir alkalinivået for høyt vil enkelte tilslag reagere dersom konstruksjonen er fuktbelastet. Det dannes en gel som er voluminøs og kan forårsake rissdannelser og sprekker i betongen.

Skademekanismer

Selv om det fortsatt eksisterer noe motstridende formeninger om selve reaksjonsforløpet kan det oppsummeres slik:

Alkalier uttrykt som NA2O ekvivalenter (Na2O + 0,66 K2O) og/eller OH-ioner trenger inn i tilslaget og reagerer med enkelte bergartsmineraler og danner en alkaligel. Denne ekspanderer kraftig ved ytterligere opptak av alkalier og vann. Alkalireaksjoner er altså en kjemisk-fysisk prosess.

Nedbrytningsmekanismene endres noe alt etter hva slags bergartsmineraler som inngår.

akalie_1.gif

Figur 7: Tre forutsetninger må oppfylles samtidig for at skader kan oppstå.

Typer reaktive bergarter

Amorfe, dvs. ikke-krystallinske, kvartsholdige bergarter er reaktive. Mest kjent av disse er opal fra Danmark, reaksjonen betegnes alkali-silikareaksjon. Også karbonatholdige bergarter kan reagere. Reaksjonen er betegnet alkalikarbonatreaksjon. Den tredje gruppen utgjøres av silikatholdige bergarter delvis bestående av leirmineraler.

Reaksjonen er betegnet alkali-silikatreaksjon. I løpet av 70- og 80-tallet ble det stadfestet at flere andre bergartstyper også kunne være reaktive. Både i Norge og for eksempel Canada fant man at bergarter som hadde ”stabile” former for kvarts kunne være reaktive.

Alle kjente, reaktive bergarter i Norge tilhører den siste gruppen. Reaktiviteten og betingelsene for reaksjonen har vist seg vesentlig forskjellig fra de tidligere kjente gruppene. For å unngå sammenblanding med tidligere anvendte betegnelser kalles denne typen alkalireaksjoner.

Kritiske alkalimengder ved bruk av forskjellige bindemidler. (Publikasjon nr. 21 ”Bestandig Betong med Alkalireaktivt Tilslag”, Norsk Betongforening).

Bindemiddel

Totalt alkaliinnhold i betongen

Portlandsement (klasse CEM I)

Na2O ekv. < 3,0 kg/m3

*) Portland flyveaskesement (klasse CEM II/A-V med flyveaskeinnhold > 17%)

Na2O ekv. < 5,0 kg/m3

Portlandsement kombinert med silikastøv (klasse CEM I kombinert med minst 10% silikastøv**)

Na2O ekv. < 5,0 kg/m3

*) Gjelder norskprodusert flyveaskesement. Andre blandingssementer i klasse CEM II kan godkjennes etter dokumentasjon gjennom funksjonsprøving.

**) Dersom innholdet av silikastøv er mindre enn 10% av sementen gjelder kravene til betongens totale alkaliinnhold som for portlandsement klasse CEM I (< 3,0 kg/m3).

Ved mindre mengde gel, blir den liggende i porer og riss uten å påføre skader. Større mengder gel som sveller kan forårsake et overtrykk som kan bli så stort at betongen revner lokalt.

Alkalireaksjoner som gir skader på betong oppstår i betongens indre i form av volumutvidelse.

På overflaten vil det oppstå et meget typisk krakeleringsmønster. Typisk er også at rissene vil beholde et mørkt, fuktig utseende selv etter uttørking.

Skadene kan grupperes i tre hovedområder:

  • Overflateriss, negativ estetisk karakter.
  • Mer eller mindre åpne riss som øker faren for følgeskader som frost, kloridinntrenging/armeringskorrosjon.
  • Konstruktive skader, enten på grunn av selve volumøkningen eller på grunn av redusert bæreevne.

Faktorer som påvirker prosessen

  • Skadelige alkalireaksjoner i betong vil barekunne oppstå dersom følgende tre faktorer er oppfylt samtidig.
  • Fuktighet over kritisk verdi.
  • Alkalireaktivt tilslag.
  • Alkaliinnhold over kritisk verdi.

Fuktinnhold i betongen

Betongen må inneholde fuktighet over et visst nivå før alkalireaksjoner vil finne sted. I Norge er denne grensen satt til 80% relativ fuktighet.

For betong som utsettes for regelmessig oppfukting vil fuktinnholdet være tilstrekkelig for at reaksjonen skal kunne finne sted.

Betong eksponert i tørr atmosfære, relativ fuktighet < 80%, anses som ikke reaktiv med hensyn til alkalireaksjoner.

Reaktivt norsk tilslag/deklarasjon

Norsk fjellgrunn er en kompleks blanding av bergarter med ulik opprinnelse:

Magmatiske – Sedimentære – Metamorfe.

Man kan ofte finne alle disse gruppene representert innenfor små lokale områder. Det samme gjelder også for våre løsmasser. Dette betyr at det vil kunne eksistere vesentlige lokale forskjeller med hensyn til tilslagets potensielle reaktivitet. Følgende tilslag har vist reaktive tendenser: Rhyolitt, Sandstein, Kvartsitt, Gråvakke, Fyllitt, Leirskifer/Leir-Siltstein og Mergel, Myllonitt, Kataklasitt.

Tilslag til betong skal være undersøkt for mulig reaktivitet. Retningslinjene for testingen er gitt i henhold til Kontrollrådets bestemmelser for betongprodukter Klasse P.

Testingen omfatter:

Petrografisk analyse av tynnslip:

  • Tilslaget er automatisk klarert dersom mengden risikobergarter er mindre enn 20 volumprosent.

Mørtelekspansjon sør-afrikansk metode:

  • Tilslaget anses som ikke reaktivt dersom den målte ekspansjonen er mindre enn den gitte grenseverdi (<0,10%) etter 14 døgns eksponering.

akalie_2.gif

Fig. 8: Typisk ekspansjonskurve for reaktivt norsk tilslag etter sørafrikansk metode.

Ved blanding av tilslag som er analysert enkeltvis er tilslaget definert som ikke reaktivt dersom beregnet innhold av risikobergarter er mindre enn 20 volumprosent i sandblandingen, mindre enn 20 volumprosent i steinblandingen, mindre enn 15 volumprosent i blandinger av ikke reaktiv stein og mulig reaktiv sand.

Tilslagsblandinger av mulig reaktiv stein og ikke reaktiv sand, bestemt ved petrografisk analyse, samt tilslag som ikke er undersøkt skal behandles som reaktivt tilslag.

Tilslagsblandinger som ikke tilfredsstiller kravene til beregnet innhold av risikobergarter gitt ovenfor, anses som ikke reaktive dersom prøvning etter sør-afrikansk mørtelprismemetode på den aktuelle tilslagsblandingen viser ekspansjon mindre enn 0,10% etter 14 døgns eksponering.

Kritisk alkalinivå

Reaktive tilslagsblandinger kan brukes dersom alkalinivået er under de fastlagte kritiske verdier (se tabell over).

Betongens alkaliinnhold bestemmes ut fra alkaliinnholdet fra sementen og fra tilsetningsstoffene. Alkaliinnhold fra øvrige delmaterialer som flyveaske, silikastøv, tilslag, vann samt fra eksterne kilder etter herding skal ikke tas med.

Detaljerte retningslinjer er gitt i Norsk Betongforenings Publikasjon nr 21 ”Bestandig betong med alkalireaktivt tilslag”. I tilfeller med reaktivt tilslag forutsettes NS at NBs publikasjon følges.

Kontroll/utbedring

En del betongkonstruksjoner utført med reaktivt tilslag og med et alkalinivå og fuktnivå over det kritiske har utviklet eller vil utvikle skader som beskrevet tidligere.

Krakeleringsriss og tegn på volumøkning er viktige indikasjoner på tilstedeværelse av alkalireaksjoner. Krakelering kan imidlertid også skyldes volumendringer forårsaket av svinn eller fryse/tine-påkjenninger.

Den sistnevnte rissdannelsen er imidlertid i stor grad knyttet til overflaten i forhold til alkalireaksjon hvor rissene går inn i betongtverrsnittet. En skadebedømmelse ut fra betongoverflaten er derfor som oftest ikke tilstrekkelig.

Strukturanalyse er den eneste sikre metoden for å identifisere alkalireaksjoner i konstruksjoner. I Norge er alkalireaksjonen i stor grad forårsaket av steinfraksjonen og det er derfor nødvendig at boreprøvene for analyse er tilstrekkelig store og går i dybden.

Det anbefales borkjerne med diameter 100 mm og lengde 300 mm . For å kunne stille en holdbar diagnose om mulige alkalireaksjoner er det viktig at dokumentasjonsgrunnlaget innbefatter både makro- og mikroundersøkelser.

Man har i dag begrensede muligheter til å fullstendig stanse en alkalireaksjon når den først har kommet i gang. En mulighet er å senke det relative fuktnivået under 80%. Dette har vist seg vanskelig i praksis.

Før man setter i gang større utbedringsarbeider er det viktig at det foretas en grundig analyse, slik at mekanismer og konsekvenser er klarlagt. I motsatt fall kan man risikere å oppnå det motsatte av hensikten.

Skriv ut siden