Hybridarmerade konstruktioner i kloridhaltiga miljöer – beständighet, säkerhet och livscykelkostnader

Livslängden för armerade betongkonstruktioner i kloridhaltiga miljöer kan förlängas genom att kombinera traditionell armering med fibrer i så kallade hybridarmerade lösningar. Detta visades experimentellt i ett tidigare doktorandprojekt i samarbete mellan Chalmers tekniska högskola och Thomas Concrete Group. I ett efterföljande postdoc-projekt har vi nu utvecklat modeller som kvantitativt utvärderar fibrernas effekt på beständighet och säkerhet – därigenom visas de positiva resultaten i praktisk användning. Vi har också genomfört en fallstudie som visar de ekonomiska och miljömässiga fördelarna med att använda hybridarmerad betong i kantbalkar.

Armerade betongkonstruktioner som utsätts för havsvatten eller vägsalter drabbas av armeringskorrosion när kloridjoner når armeringen genom betong och sprickor. Korrosion försämrar konstruktionens beständighet och säkerhet genom att täckskiktet spräcks, vidhäftningen mellan armering och betong försämras, och armeringsarean minskar, och därmed förkortas livslängden. Underhålls-, reparations- och ersättningsarbeten krävs följaktligen för att avhjälpa korrosionsskadorna, vilket leder till en stor ekonomisk kostnad för ägarna och användarna. Det är därför av stort intresse att hitta hållbara lösningar för betongkonstruktioner i kloridhaltiga miljöer. Försöksresultat från det tidigare doktorandprojektet [1], [2] visade att fibrer i kombination med traditionellt armerad betong, så kallad hybridarmerad betong, är en lovande metod. Tillsats av fibrer förlänger livslängden genom flera mekanismer: initiering av korrosionen fördröjs, korrosionshastigheten minskar och skadorna på konstruktionen av korrosionen blir mindre. För att ta dessa positiva resultat vidare till praktisk användning genomfördes detta projekt – för att ytterligare underbygga de tidigare slutsatserna och kvantifiera effekten av hybridarmering på beständighet, säkerhet och livscykelkostnader för konstruktioner i kloridhaltiga miljöer. I synnerhet har följande forskningsfrågor identifierats:

1) Hur påverkar sprickor och fibrer korrosionsnivå och korrosionsmönster på lång sikt?
2) Hur påverkar korrosionsnivå och korrosionsmönster armeringsstängernas dragkapacitet och deformationsförmåga?
3) Hur kan effekten av armeringskorrosion på bärförmågan kvantifieras?
4) Hur påverkar detta livslängden, livscykelkostnaderna och utsläppen av växthusgaser?

Experiment och resultat

Ett program med långtidsförsök inleddes 2013 för att studera hybridarmerade betongbalkars prestanda i kloridhaltig miljö [3]. Totalt ingick 54 balkar med dimensionen 100×180×1100 mm, vardera armerad med tre Ø10 stänger. Fyra betongsorter ingick: utan fibrer, samt tre olika sorters fiberbetong. Vidare delades provkropparna in i spruckna och ospruckna balkar. De utsattes för omväxlande torra och våta perioder under sammanlagt tre år, där de våta perioderna inkluderade 16,5 procent NaCl-lösning för att främja korrosion. Ytterligare detaljer om betongrecept, fiberegenskaper och försöksuppställning finns i [3]. I det aktuella projektet studerades 22 balkar, i vilka vi undersökte korrosionsmönstret i förhållande till sprickor och där de mekaniska egenskaperna hos de korroderade armeringsstängerna karakteriserades. Först kartlades sprickbilderna som inkluderade både tvärgående böjsprickor och längsgående korrosionssprickor. Därefter extraherades armeringsstängerna från balkarna för kartering av korrosionsmönster och dragprovning.

Läs hela artikeln i Bygg & teknik 6/2020.

Teresa E Chen, Chalmers
Carlos Berrocal, Chalmers
Ingemar Löfgren, C-lab/Chalmers
Karin Lundgren, Chalmers

Teckna en prenumeration HÄR