Saltfrostavskalning i betong

– som innehåller flygaska med lågt kalciuminnehåll från kolkraftverk, eller masugnsslagg från stålindustrin

Mekanismen bakom saltfrostavskalning i betong påverkas bland annat av förkonditioneringsprocessen och materialegenskaperna, men hur respektive faktor påverkar avskalningen är inte helt känt. Denna artikel presenterar resultat som visar hur stor inverkan förkonditioneringen, lufthalten, samt saltkoncentrationen har på avskalningen jämfört med varandra. Tre olika recept har testats: betong som innehåller 100% CEM I, 35 mass% flygaska med lågt kalciuminnehåll (+65% CEM I), samt 35 mass% masugnsslagg från stålindustrin (+65% CEM I). Sex batcher gjordes med respektive bindemedel, varav en inte hade någon luftporbildare. Fjorton olika förkonditioneringsprocesser och tre olika saltkoncentrationer har testats. Totalt testades 87 grupper där respektive grupp bestod av tre eller sex prov (replikat). Resultaten visar att avskalningen påverkas av de olika faktorerna, samt att respektive faktor påverkar avskalningen i olika utsträckning för de olika bindemedlen. Vissa oväntade resultat motiverar även fortsatta studier för att få en djupare kunskap om saltfrostavskalning i betong med tillsatsmaterial.

Betong är ett av de vanligaste byggnadsmaterialen i världen, och saltfrostavskalning är ett känt problem i nordliga länder med kallt klimat. Cementproduktionen som är väldigt energikrävande, bidrar till koldioxidutsläpp från kalkstenen, samt att betong används i väldigt stor utsträckning. Detta resulterar i att koldioxidutsläpp från cement- och betongproduktionen står för 5–8 % av de antropogena koldioxidutsläp-pen [1]. Men dessa utsläpp kan reduceras genom att minska på användningen av cement genom att delvis blanda i till-satsmaterial (SCM) i betongen, såsom flygaska från kolkraftverk eller masugnsslagg från stålindustrin. Dessvärre ändrar tillsatsmaterialen den kemiska reaktionen och det bildas hydrater som skiljer sig från de som bildas då endast cement används. Eftersom det bildas andra hydrater bidrar detta till att mikrostrukturen ändras och därmed så ändras materialegenskaperna såsom porositeten och permeabiliteten. Då materialegenskaperna ändras så ändras även saltfrostavskalningsresistensen [2]. Saltfrostavskalningen i betong sker när en saltlösning med låg koncentration av salt fryser i kontakt med betongytan. Detta sker normalt sett då tösalter används vintertid.

Tidigare forskning har visat att saltfrostavskalningen påverkas av många olika faktorer som kan kopplas till antingen materialet som testas, eller saltfrostmetoden [2-26]. Tidigare studier som presenteras i [2] analyserade inverkan som torkning och karbonatisering, samt inverkan som olika lufthalter hade på saltfrostavskalningen. Betongen som testades hade hydratiserat 307 dygn innan proverna sågades, och ett vatten-bindemedel-tal på 0.40. Vid de studierna [2] användes samma cement och tillsatsmaterial som använts i denna studien. De visade tydligt att torkning och karbonatisering, samt olika lufthalter hade olika inverkan på saltfrostavskalningen i gynnsamt hydratiserad betong beroende på vilket tillsatsmaterial som använts samt vilken ersättningsfraktion av tillsatsmaterialet. Denna artikel kompletterar de två föregående studierna [2] för recepten med 35 mass% ersättning av slagg eller flygaska genom en bred studie av faktorer då betongen exponerats för en mycket kortare hydratiseringsperiod.

Den bakomliggande mekanismen som orsakar saltfrostavskalningar är (förenklat enligt aktuella teorier) skjuvkrafter på ytan [27], eller tryck som bildas inuti porsystemet under frysningen [28], eller båda samtidigt. Då hydratiseringsperioden ökar så ökar mängden hydrater från cementreaktionen och de pozzolaniska reaktionsprodukterna ökar, därmed påverkar detta betongens materialegenskaper [29]. Det är dock oklart hur den resulterande saltfrostavskalningen blir när man jämför betong som exponerats för en lång gynnsam hydratisering med betong som exponerats för en kortare gynnsam hydratisering eftersom det är många faktorer som påverkar saltfrostresultaten.

Artikeln fokuserar på tre faktorer som påverkar saltfrostavskalningen: förkonditionering av provytan, lufthalten, och saltkoncentrationen [2-4, 7, 9-17, 27, 30-39]. Det finns dock en brist av breda studier som undersöker hur stor inverkan dessa tre faktorer har i relation till varandra på saltfrostavskalningen i betong. Genom att göra omfattande systematiska tester för hur dessa tre faktorer påverkar varandra kommer resultaten ge mer information om saltfrostavskalningsfenomenet. Då tre olika bindemedelskombinationer testas kommer resultat erhållas som visar hur respektive faktor påverkar respektive bindemedelskombination.

Eftersom olika bindemedelskombinationer resulterar i olika materialegenskaper och saltfrostbeständighet [2] är det inte givet att de tre faktorerna påverkar saltfrostavskalningen hos respektive bindemedelskombination i samma utsträckning. Artikeln har som mål att svara på följande frågor för betong som innehåller 100% cement, 35 mass% slagg, eller 35 mass% flygaska: Hur påverkar korta perioder med gynnsam hydratation följt av torkning och karbonatisering saltfrostavskalningen? Hur påverkar torkning utan karbonatisering saltfrostavskalningen? Hur påverkar lufthalten saltfrostavskalningen då betongen exponerats för en kort gynnsam hydratisering (med eller utan efterföljande exponering till torkning och karbonatisering)? Hur påverkar olika NaCl koncentrationer saltfrostavskalningen i betong med 100% cement, 35 mass% slagg, eller 35 mass% flygaska?

Komplett referenslista samt figurer med variationskoefficienter till respektive figur som presenterats finner du HÄR

Artikelförfattare:
Martin J. Strand

Arbetet utfördes på Avdelningen för
Byggnadsmaterial, Lund Universitet.
Arbetar nu på ÅF Pöyry

Läs hela artikeln i Bygg & teknik nr 7/19

Teckna en prenumeration