Artikelförfattare: Ylva Edwards, Ylva Edwards Materialteknik AB

Artikeln handlar om ett utvecklingsprojekt som syftar till att reda ut olika möjliga anledningar till att blåsbildning uppstår på Trafikverkets betongbroar, och på senare tid har ökat i omfattning. I denna artikel fokuseras på en TRV-rapport som tagits fram om problemet under 2019.

Rapporten utgörs av en översikt om tätskiktssystem på betongbroar med målsättningen att eliminera eller åtminstone kraftigt reducera de problem som Trafikverket har idag med blåsbildning på sina vägbroar. Olika möjliga anledningar till att blåsbildning uppstår tas upp, liksom olika typer av tätskiktssystem med deras för- och nackdelar. Konkreta förslag på förändringar i Trafikverkets regelverk och AMA Anläggning listas. I projektet ingår en separat intervjudel om blåsbildning och regelverk i andra europeiska länder. Resultat från intervju-delen sammanfattas i översiktsrapporten. Rekommendationer kring förekommande andra system i omvärlden, än de som Trafikverket använder, ingår också. Med omvärlden avses länder och väghållare med liknande betingelser som Sverige avseende klimat och byggmetoder. Avslutningsvis pekas på det forskningsbehov som föreligger angående främst betongens inverkan på blåsbildningen.

Betong och tillsatsmedel

Betongen och tillsatsmedel i betong har tagits upp som en möjlig bidragande faktor till blåsbildning på broar. Kunskap och studier om betongens inverkan på blåsbildning på broar saknas i stort sett helt, enligt genomförda intervjuer. För att utreda betongens eventuella inverkan krävs därför utvecklingsprojekt med relevanta laboratorie- och fältförsök.

Till broar används betong med anläggningscement av typ I Portlandcement som är anpassat till medelgrova och grova konstruktioner. Anläggningscement är grövre malt, det vill säga har mindre specifik yta än byggcement samt innehåller mer gips. Anläggningscement reagerar långsammare och utvecklar inte lika mycket energi per tidsenhet som byggcement. Betongkvalitet (vct, lufthalt, cementhalt, tryckhållfasthet) ska provas och redovisas för varje bro i anslutning till att bron gjuts. Typiska värden kan vara: vct≤0,40, XF4 (4,4 -7,7 %) MG, 430 kg/m³, C35/45, 47-72 MPa. Provcylindrar tas ut för att kontrollera hållfasthet och frostbeständighet (enligt AMA Anläggning, EBE.11). Beträffande exponeringsklasser för inverkan av miljö definieras, enligt SS EN 206-1, arton olika klasser inom sex olika typer av exponering. För broar gäller:

• Angrepp av frysning/upptining med eller utan avisningsmedel (XF1, XF2, XF3 och XF4 (till exempel väg- och brobanor utsatta för avisningsmedel)

Det finns en del kritiska moment vid gjutning av en brobaneplatta. Några moment som eventuellt kan kopplas till blåsbildning är separation, torktid, frostbeständighet och tillsatsmedel. Dessa moment tas upp och behandlas i översiktsrapporten. Här tas bara några få aspekter upp.

Separation

Betongens olika komponenter skiljer sig avsevärt i densitet. De tyngre komponenterna strävar efter att sjunka nedåt och de lättare att stiga uppåt. Otillräcklig stabilitet innebär att delmaterialen separerar från varandra, vilket kan leda till en inhomogen betong där de övre partierna får lägre hållfasthet och större krympning. De övre partierna av betongen består då enbart av bruk det vill säga cement, vatten och sand. Överst på betongen kan det uppstå så kallad cementhud vilket är ett millimetertjockt skikt av utspädd och svag cementpasta. Detta skikt har nedsatt nötningsmotstånd och försämrad vidhäftningsförmåga mot senare pålagt ytskydd. Det finns tre typer av separation: vattenseparation, bruksseparation och stenseparation. Ju mindre separation desto bättre stabilitet har betongen.

Torktid

Vid nybyggnad har ofta torktiderna för betong och avjämningsmassor blivit betydligt längre än förväntat. Orsaken till längre torktider skylls ofta på tillsatserna i betong, så som flygaska och mineraler, samt att cement med lågt vct ger tätare betong som torkar långsammare. Största påverkan på torktiden har betongens vct. Andra faktorer som generellt sett påverkar är: cementtyp, specifik yta och sammansättning. Noggrann efterbehandling krävs för att få en betong med god frostbeständighet. Huvudregeln är att betongytan ska hållas fuktig under de första dygnen eller till dess cirka 50 procent av nödvändig kubhållfasthet uppnåtts. Betongens frostbeständighet förbättras dock om den därefter utsätts för en viss uttorkning före den första frysningen. Om membranhärdning använts måste denna utföras med så stor omsorg att avdunstning i största möjliga mån undviks. Beträffande risken för krympsprickor är det oftast för sent att sätta in härdningsåtgärder dagen efter gjutning.

Frostbeständighet

Ju tätare betongen är desto bättre är dess frostbeständighet, det vill säga en sänkning av vctekv förbättrar frostbestän-digheten. Detta gäller såväl luftinblandad som icke luftinblandad betong. Enligt SS EN 137003 bör vctekv aldrig överstiga 0,60 utomhus. När frysning sker i närvaro av salt bör inte vctekv överstiga 0,45. För broar gäller som regel ett vct på 0,4 eller lägre. Betong som utsätts för fukt och kyla måste ta hand om den volymökning som uppstår när porvattnet fryser till is. Under volymökningen pressas is och vatten undan till luftfyllda porer. Detta sker inte utan motstånd, varför betongen utsätts för inre spänningar. Ju längre avståndet är mellan luftporerna desto större inre spänningar utsätts betongen för. När medelavståndet mellan de luftfyllda porerna överskrider ett visst kritiskt avstånd blir motståndet för stort och materialet brister. För att få betong med god frostbeständighet krävs först och främst inblandning av luft genom luftporbildande tillsatsmedel. Dessutom krävs att vattencementtalet begränsas uppåt och att betongen kompakteras och efterbehandlas noggrant. Frostskador uppstår huvudsaken i cementpastan. Det är alltså cementpastan som ska ha en viss minsta lufthalt.

Tillsatsmedel

Användningen av tillsatsmaterial i cement och betong har ökat kraftigt under senare år liksom utvecklingen av tillsatsmedel. Kalksten, silikastoft, flygaska (från stenkol) och mald granulerad masugnsslagg är de vanligaste tillsatsmaterialen till betong.

Tillsatsmedel i betong är vattenlösningar av kemiska substanser som ska ge betongen förbättrade egenskaper och göra den lättare att hantera. Med olika tillsatsmedel kan betongtillverkaren styra och variera betongens egenskaper för olika ändamål. Effekter som tillsatsmedel ger listas nedan.

• Betongen blir mer lättflytande (flytmedel)
• Vattenbehovet minskar, vilket gör betongen mer hållfast och beständig (vattenreducerare)
• Betongen blir mer frostbeständig (luftporbildare)
• Tillstyvnadstiden kan regleras så att den blir snabbare eller långsammare (retarder respektive accelerator). Retardern fördröjer tidpunkten innan betongens hållfasthet börjar tillta och används till exempel vid långa transportsträckor. Accelerator används till exempel för att ge normal formrivningstid vid låga temperaturer

Med flytmedel i betongen kan vatten-mängden reduceras och andelen cement därmed minskas. Med bibehållen cementhalt får man lägre vct och en starkare betong. Tillsatsmedel används också för att minska krympning, avdunstning, med mera. Enbart certifierade tillsatsmedel ska användas. Det finns dock ingen information kopplad till eventuell uppkomst av blåsbildning på betongbroar till följd av tillsatsmaterial eller tillsatsmedel.

Blåsbildning

Blåsbildning i tätskiktssystem med bitumenbaserat material på betongbroar är inget nytt fenomen. Redan Fredrik Schütz skrev om detta 1945 i en gedigen bok om isolering av byggnadsverk med asfalt och tjära [1].Vi har blåsor som uppstår i direkt anslutning till utläggningsarbetet, och vi har växande blåsor som uppstår över tid. De växande blåsorna är värst att hantera, skrev Schütz i sin bok.

Om det bitumenbaserade tätskiktet, som ligger direkt på betong, utsätts för solbestrålning så mjukas det upp efter-hand som värmen tränger ner. Finns det då små håligheter under tätskiktet med instängd vattenånga och luft kommer dessa gaser att utvidga sig vid uppvärmningen och då alstra ett visst tryck mot det mjuka tätskiktet. En del av övertrycket utjämnas även genom betongen om denna inte är fullt tät. Under kvällen sjunker temperaturen och tätskiktet och beläggningen avkyls och stelnar i sitt deformerade läge. När sedan kylan trängt ner till luften och vattenångan, sker en tryckminskning och eventuellt en kondensering av vattenångan så att ett vakuum kan uppstå i håligheten. Men vakuumet blir mindre än övertrycket och utjämnas under natten om betongen inte är absolut gastät vilket den ofta inte är. Eftersom tätskiktet och beläggningen är avkyld under natten sker ingen återgång av den utvidgade håligheten på grund av undertrycket. Nästa dag upprepas samma fenomen och håligheten eller blåsan /bubblan växer. Extrem blåsbildning visas i figur 1.

Inverkan och orsaker

Det finns en rad anledningar varför blåsbildning i brobeläggningssystem med bitumenbaserad tätskiktsmatta uppstår. I ett VTI notat från 1999 listas bland annat [2]: brister vid utförandet, varm väderlek, ingen övertäckning av tätskiktet, dålig ”timing” mellan olika arbetsmoment, ofördelaktig fuktfördelning i betongen, betongkvalitet och beläggningslagrets ringa tjocklek.

När polymermodifierade bitumenmattor introducerades i Sverige med Bronorm 88 så var blåsbildning känt genom litteraturen, laboratorieförsök och internationella kontakter. Bland annat därför, ställdes i dåvarande Vägverkets specifikationer stränga krav i en rad avseenden. Under senare år har det sven-ska systemet genomgått förändringar då man använt såväl bitumenlösning som epoxi och numera även MMA (metylmetakrylat) som primer. Brobetongen har också förändrats.

I TRV-rapporten behandlas i olika avsnitt: brobaneplattan (fuktig betong och betongytan), tätskiktssystemet (för- och nackdelar samt primer/försegling), pinholes (luftbubblor och blåsor), bristfälligt utförande (krav som behövs), brobaneplattans tjocklek (krav som behövs) samt beläggningstjocklek (vidhäftning och bitumen). Beträffande betongytan poängteras i TRV-rapporten:

• Betongytan ska uppfylla gällande krav enligt TRV:s specifikationer och anvisningar. Råheten ska kontrolleras enligt SS-EN 13036-1 och medeltexturdjupet (MTD) ska ligga inom 0,6 – 0,8 mm.
• Vidhäftningen till betongen blir aldrig bättre än betongens egen ytdraghållfasthet och förarbetet är därför av avgörande betydelse. Alla föroreningar (som damm, olja, fett och kemikalier) måste avlägsnas liksom eventuell betong-/cementhud och betonghärdare.
• Ytdraghållfastheten hos betongunder-laget ska bestämmas på plats.
• Betongytorna har blivit avsevärt sämre under senare år enligt uppgift från flera utförare.
• Betongytan kan ha glättats för mycket och därmed bidragit till dålig vidhäftning.
• Yttemperatur och fuktförhållanden är viktiga faktorer att ta hänsyn till.
• Yttemperaturen ska ligga minst 3 °C över daggpunkten.

Exempel på dålig betongyta visas i figur 2.

E 18 mellan Kista och Hjulsta

Under senare år verkar blåsbildning på broar i Sverige ha ökat i omfattning. Bland annat har detta uppmärksammats för en rad broar på E 18 mellan Kista och Hjulsta, med kulmen under den varma sommaren 2018. Blåsbildningsproblemen på E18 var en bidragande orsak till att det aktuella TRV-projektet startades upp. Det rör sig om kontinuerliga plattbroar, kontinuerliga balkbroar och kontinuerlig balkbro med låda. Konstruktionstjockleken varierar mellan cirka 300 mm och 1500 mm. Samtliga tätskiktssystem är enligt uppgift uppbyggda med epoxi- eller MMA-försegling, tätskiktsmatta och 50 mm PGJA 11.

Prov har vid tidigare inspektion tagits upp på en av broarna där vidhäftningsbrott uppstått en bit ner i betongen, och inte mellan matta och försegling, vilket normalt är fallet, se figur 3. Vid mikroskopianalys har man bedömt att mikrosprickornas utseende är typiskt för sprickor orsakade av frostangrepp och att dessa kan ha en negativ effekt på betongens draghållfasthet i vidhäftningsområdet mot primer/asfalt.

Reparationsarbeten genomförs under innevarande vår och sommar. Arbetet följs upp i Trafikverkets regi och dokumenteras. Borrkärnor tas ut för mikroskopianalys av betongen.

Diskussion och slutsatser från rapporten

Att blåsbildningsproblemen skulle ha ökat beroende på användandet av MMA-primer/försegling på TRV:s broar har inte kunnat påvisas. Däremot skulle system med bitumenlösning och tätskiktsmatta sannolikt ha resulterat i ännu större problem med blåsbildning kopplat till varma somrar, högre fukthalt i betong, brister i utförandet med mera.

Epoxiförsegling under tätskiktsmatta anses enligt samlade europeiska erfarenheter över lång tid vara det säkraste mot blåsbildning. Försegling med MMA under tätskiktsmatta förekommer visserligen i en rad europeiska länder men erfarenheten är betydligt mer begränsad jämfört med epoxiförsegling. MMA används därför inte i lika stor utsträckning i andra europeiska länder som i Sverige. Bitumenlösning har i till exempel Tyskland inte varit tillåtet under de senaste 40 åren, just beroende på blåsbildningsrisk. Där används så gott som uteslutande epoxiförsegling. MMA används endast tidigt på våren och sent på hösten eftersom härdningstiden är så mycket kortare för MMA än för epoxi.

Skärpta utförande- och kontrollkrav i AMA kan få en positiv effekt, kombinerat med att kraven följs upp av TRV och BPU. Kravförslagen i TRV-rapporten går ut på följande:

• Utbildning/träning för såväl installatörer, arbetsledare som byggledning
• Väderskydd vid ogynnsamma väderförhållanden
• Skydd mot exponering av tätskiktet under varma förhållanden
• Oberoende kontroll under installationen och på färdig installation, alternativt återkommande stickprovs-kontroller
• Längre uttorkningstid för tjockare konstruktioner
• Speciellt utprovat förseglingssystem för tjockare konstruktioner
• Scanning med avseende på pinholes på utförd försegling (hela ytan)
• Striktare regler och kontroller vad gäller temperaturer och daggpunkt
• Olika krav på tätskiktssystem beroende på konstruktionens tjocklek
• Tjockare beläggningslager vid behov
• Betongytans utseende och förbehandling
• Bättre samverkan och feedback
• Provtagning av betongen för mikroskopianalys

Inga helt nya typer av system finns att rekommendera. Flytapplicerat härdplastsystem är redan möjligt på TRV:s järnvägsbroar och det finns en specifikation. Krav enligt ETAG 033 bör införas även för vägbroar, liksom krav på scanning med avseende på pinholes i båda fallen. Provläggning rekommenderas.

För att utreda betongens eventuella inverkan krävs utvecklingsprojekt med laboratorie- och fältförsök. Genomgång av skadefall och lyckade fall kan utgöra en bra början. En hel del information bör inledningsvis kunna komma ut från mikroskopianalys av de borrkärnor som tas ut på broarna mellan Kista och Hjulsta i anslutning till planerat reparationsarbete under 2020. Provtagning av betongen för mikroskopianalys inför varje ny tätskiksinstallation, eller åtminstone för
ett antal, är viktigt och kan ge bra information för framtiden.

Referenser

[1] Schütz F., Isolering av byggnadsverk med asfalt och tjära, Stockholm 1945
[2] Edwards Y., Westergren P., Blåsbildning på betongbroar med isoleringssystem av polymerbitumenmatta. Problem, orsak och åtgärder, VTI notat 49, 1999

Artikeln är publicerad i Bygg & teknik nr 4/20.