fakta om mur og betong

Frostbestandighet

Kort og godt:

Hvordan kan man redusere faren for frostskader?

Lavt v/c-tall:

· v/c<0,60 i rent vann, moderat vannmetning

· v/c<0,45 i rent vann, høy vannmetning

· v/c<0,45 eller 0,40 i kombinasjon med salt

God luftporestruktur:

· Bruk godkjente L-stoff

· Tilstrekkelig høyt luftinnhold 4-5%

God utstøping og etterbehandling.

Minimaliser fukttilgangen.

Betong inneholder et porevolum i størrelsesorden 120- 180 liter pr. m3 betong. Porestørrelse og struktur er slik at disse porene lett fylles med vann. Dette vil særlig være tilfellet i overflaten i forbindelse med regn, snøsmelting eller i ”skvalpesonen” for konstruksjoner i vann.

Ved frost utvides porevannet med ca. 9 volumprosent, en volumøkning som betongen må ta hånd om.

Skademekanismer

Det er framsatt flere frostsprengningsteorier, men ingen gir en fullgod forklaring av hva som skjer i praksis når fuktig betong utsettes for frost. Det hersker langt større enighet om hvilke material- og miljømessige faktorer som påvirker betongens frostbestandighet.

To hovedteorier eksisterer:

Hydraulisk trykk teorien

er basert på at den volumøkning som finner sted når vann fryser vil føre til at is og vann presses vekk og mot luftfylte porer. Denne prosessen vil kunne forårsake indre spenninger og sprekkdannelser i det øyeblikk betongens strekkstyrke overskrides.

Osmotiske effekter

bygger på at isdannelsen i de store porene medfører økt ionekonsentrasjon i det nærliggende vann (spesielt ved tilstedeværelsen av salt). For å utjevne dette vil vann fra omliggende områder bevege seg mot isfronten og skape et overtrykk.

Faktorer som influerer på frostbestandigheten

Vår viten i øyeblikket gjør det ikke mulig å sette sammen en frostbestandig betong ut fra teoretiske betraktninger alene. Følgende hovedfaktorer inngår i bedømmelsen:

· Betongsammensetning/produksjonsforhold

· Konstruksjonens utforming/dimensjon

· Miljøfaktorer

Betongsammensetning

God luftporestruktur reduserer faren for frostskader. De indre spenninger i betongen forårsaket av isdannelsen øker jo lenger avstanden er mellom luftporene. Avstanden mellom porene er derfor en viktig faktor for betongens frostmotstand. Halve middelavstanden mellom porene benevnes avstandsfaktoren.

Kvaliteten på luftporesystemet kan også angis som spesifikk overflate (mm2 over mm3). I utlandet benyttes delvis absolutte tall på disse parametrene som krav i forbindelse med anleggsutførelse.

I Norge er det ikke bygget opp tilstrekkelig erfaring til å gjøre dette på generell basis. Normalt har betong et luftinnhold på ca. 1,5 – 2%. Denne ”naturlige luften” vil gi en viss trykkavlastning som kan være tilstrekkelig under enkelte forhold. De naturlige luftporene er imidlertid som oftest for grove og er for ujevnt fordelt til å gi en tilstrekkelig frostbestandighet.

Der hvor betong utsettes for vesentlig frostbelastninger, må betongens poresystem forbedres. Dette gjøres gjennom anvendelse av luftporedannede tilsetningsstoffer.

frost

Fig. 9: Betongen inneholder en rekke porer og strukturfeil. Når betongen fryser vil en del av vannet i disse hulrommene gå over til is, hvilket medfører en volumøkning – eller sprengvirkning. Den såkalte gelen er en svært finkornet struktur med så få hulrom at vannet aldri vil greie å fryse. Når betongen ellers er frossen vil gelen danne et sammenhengende ”kanalsystem” med mulighet for vanntransport. Kapillærene – som er i stand til å suge vann inn i betongen – vil derimot fryse og gi opphav til et indre, hydraulisk trykk i betongen – dersom vannfyllingsgraden er 90% eller høyere. Luftporene imidlertid – som i virkeligheten er langt større (relativt sett) enn på tegningen – vil normalt ikke i utgangspunktet være vannfylte. Tvert imot reduserer de, på grunn av sin størrelse, betongens evne til å suge vann. Derimot fungerer de utmerket som sikkerhetsventil – hvis avstanden ikke er for stor – når kapillærene fryser. Vann det ikke er plass til i sprekker og porer rundt omkring presses gjennom gelen til nærmeste luftpore.

Kritisk luftmengde vil normalt ligge i området 3,5 – 7% avhengig av luftens fordeling. Luftinnførende tilsetningsstoff kreves når betong utsettes for frysing/tining i våt eller sterkt fuktig tilstand.

V/c-tallet (vann/sement) influerer på frostbestandigheten både direkte og indirekte. Lavere v/c-tall gir:

· Langsommere fuktopptak

· Mindre mengde frysbart vann

· Høyere strekkfasthet

Effekten av et redusert v/c-tall gjelder både for betong med og uten luftporetilsetning. Ved frost, rent vann og moderat vannmetning er kravet i NS at v/c< 0,60. Ved frost og høy vannmetning er kravet at v/c< 0,45, Tabell 1 og 2.

Utstøping

Frostbelastningen er særlig stor i overflaten. Det er derfor viktig å ha en betongsammensetning som er tilpasset konstruksjon og støpeutstyr slik at betongen i ytterskiktet blir av god kvalitet. Separasjon og dårlig komprimering vil gi en porøs og lite frostbestandig betong.

Etterbehandling/alder

Etterbehandlingen av betong som senere utsettes for frost er vesentlig. Overflatebeskyttelse må anvendes for å hindre hurtig uttørking og dermed rissdannelser og en porøs ytterflate. Betongen bør være godt herdet før første frostsykel. Nødvendig herdetid øker ved høye v/c-tall og lavere temperaturer.

Konstruksjonen

Konstruksjonsdelens utforming og dimensjon kan være av relativ stor betydning. Blant annet vil fukttilstanden avhenge av dette. Dårlig drenering, drensvann langs konstruksjonen eller sprut av for eksempel saltvann medfører ofte belastninger og frostskader hvor det ikke er forventet.

Frostbelastningen er også avhengig av konstruksjonsdelens varmekapasitet.

Miljøfaktorer

Fukttilstand og historie.

For en gitt betong eksisterer en ”kritisk vannmetningsgrad”. Ved fuktinnhold over denne vil betongen raskt brytes ned. Det er derfor viktig å kartlegge det fuktinnhold betongen vil oppnå i praksis. Betongens fukthistorie er også en viktig faktor.

Betongens frostbestandighet kan forbedres dersom den har gjennomgått en mild uttørking før den frostbelastes.

Fryse-/tinebelastning

Antallet frostsykler, avkjølingshastigheten, laveste frysetemperatur og tid tilbrakt ved frysetemperatur vil øke frostbelastningen.

Tinesalter

Tinesalter forsterker effekten av fryse-/tinesykluser i vesentlig grad. Dette gir seg vanligvis utslag i overflateavskalling. Saltkonsentrasjoner omkring 3% gir maksimal skadeeffekt. Kombinasjonen frost/salt skjerper kravet til porestruktur og v/c-tall.

frost

Figur 10: Idet en islagt betongflate blir bestrødd med salt vil toppskiktet kunne bli utsatt for en ekstrem belastning. Isen vil ikke lenger være stabil, men gå over til vann. Til denne faseovergangen trengs en stor mengde energi som tas fra underlaget, som derved blir kraftig nedkjølt – gjerne langt under lufttemperaturen. Spenningene som oppstår i det øverste betongskiktet, vil lett overstige strekkstyrken.

Produksjon av frostsikker betong

Frostsikker betong er en betong med tilfredsstillende tetthet og god porestruktur. En rekke faktorer vil infuere på betongens endelige porestruktur i herdet betong.

Betongsammensetning

Valg av tilsetningsstoff

Ulike L-stoffer kan gi vesentlige forskjeller i porestrukturen ved samme totale luftinnhold.

Det er derfor viktig å lage forsøksblandinger for å kontrollere effekten av L-stoffet i den aktuelle betongen sammen med de aktuelle delmaterialer inklusive øvrige tilsetningsstoffer.

Kombinasjonen L-stoff – forskjellige plastiserende stoffer kan gi varierende luftutvikling og stabilitet.

Sementen influerer på porestruktur/poredannelse ut fra type, finhet og mengde. Modifiserte sementtyper på flyveaskebasis (Norcem Standard FA) krever høyere L-dosering enn tilsvarende rene portlandsementer for å oppnå samme luftmengde. Økt sementmengde gir redusert luft, men bedret porestruktur. Det samme gjør økt finmalingsgrad (Norcem Industrisement).

Silikastøv gir økt stabilitet og bedre porestruktur, men også silikatilsatt betong i vanlige fasthetsområder må tilsettes L-stoff for å sikre frostbestandighet.

Tilslag

· Tilslaget må være frostbestandig.

· Finstoffet (filler) < 0,125 mm reduserer normalt luftinnholdet, men virker stabiliserende.

· Sandfraksjonen 0,125- 0,50 mm bidrar vesentlig til økning av luftinnholdet. Øvre del av fraksjonen gir mindre stabil luft.

· Fraksjonene > 0,50 mm bidrar lite til utviklingen av porestrukturen.

· Konveks sandkurve gir den gunstigste porestrukturen.

Lave v/c-tall ut fra økt sementinnhold gir et mer finfordelt poresystem med redusert avstandsfaktor.

Tørre betonger

gir lavere luftinnhold, men gir mindre fare for lufttap under transport og utstøping. Slike betonger gir mindre risiko for frostskader (antagelig på grunn av redusert separasjon).

Blandeutstyr og blandetid

Dette er vesentlige faktorer for å oppnå et stabilt poresystem. Vanligvis trengs en lenger blandetid enn det som anvendes for vanlig betongblanding.

Transport – utstøping

Luftporemengde og struktur vil påvirkes under transport. Det er derfor viktig at det anvendes samme transportprosedyre under støpearbeidet. Det må ved innblandingen tas hensyn til endringene i luftinnhold under transporten.

Utstøpingsteknikken vil influere på porestrukturen. Overvibrering av massen vil gi ugunstige lufttap.

 

Skriv ut siden