Artikelförfattare: Andreas Sjölander, KTH, Erik Nordström, Vattenfall R&D och Anders Ansell, KTH
I Sverige har fiberarmerad sprutbetong sedan början av 80-talet varit den dominerande bergförstärkningsmetoden. Under alla dessa år har stålfiber nästan uteslutande använts i all sprutbetong i tunnelmiljö. Nu finns dock flera alternativa fiber tillgängliga på marknaden och med det ständigt pågående arbetet att minska klimatutsläppen från byggsektorn är frågan om alternativa fiber av syntet och basalt kan användas och reducera klimatpåverkan från tunnelbyggandet.
På grund av komplexiteten och osäkerheter i samband med tunnelbyggande ger riktlinjer och standarder ofta möjligheten att dimensionera bergförstärkningar på olika sätt. För stora och komplexa tunnlar kan dimensioneringen ges av en kombination av empiriska, numeriska och observationsbaserade metoder. Som en konsekvens av detta har även nationella riktlinjer och ”bästa praxis” utvecklats under åren. Därmed skiljer sig förutsättningarna vid dimensionering ganska markant mellan länder med liknande bergförhållanden. För tunnlar i hårt berg utgör fiberarmerad sprutbetong stommen i bergförstärkningen. Förutom stål- och syntetfibrer har basaltfibrer nu också dykt upp som ett möjligt alternativ för armering av betong. Ett viktigt argument för att undersöka användningen av olika fibertyper är möjligheten att minska miljöpåverkan från fiberarmerad sprutbetong. En oro hos beslutsfattare då det gäller valet av fiber är vanligtvis kopplat till strukturell prestanda och eventuell materialnedbrytning. I Sverige görs valet av vilka fibrer som är tillåtna i trafiktunnlar av Trafikverket. Sedan introduktionen av fiberarmerad sprutbetong för bergförstärkning på 1980-talet har enbart stålfibrer använts och stor teoretisk och praktisk kunskap har byggts upp under åren. Men för att förbättra kunskaperna om olika fibertyper initierade Trafikverket ett forskningsprojekt hos KTH Betongbyggnad med fokus på att utvärdera kort- och långsiktiga strukturella prestanda hos sprutbetong armerad med stål-, basalt- och syntetfibrer. Syftet var att utvärdera vilka av fibrerna som är lämpliga för användning i tunnelmiljö och om det finns några begränsningar för de olika fibrernas användning. I det följande sammanfattas de viktigaste resultat som rapporteras av Sjölander m.fl. (2024) [8].
Laboratorieprovning
För att utvärdera bärförmågan av sprutbetong med olika fibertyper genomfördes två provserier hos Vattenfall R&D. Sprutbetongen bestod av 500 kg/m3 cement och ett vatten-cementtal på 0,4, vilket representerar en typisk sammansättning av sprutbetong som används för bergförstärkning i Sverige. Som armering användes stålfibrer (Dramix 3D och 4D), syntetiska fibrer (BarChip 54) och basaltfibrer (Minibar). Syftet här var att hitta rimliga doseringar för att uppnå typiska krav beträffande residualhållfasthet i böjning och energiupptagningsförmåga [7]. I den första testserien användes gjutna prover och residualhållfastheten utvärderades för provbalkar enligt EN 14488-3 [4], och energiabsorptionen provades med runda plattor enligt ASTM C1550 [1]. Tre provkroppar användes för varje test, med fyra olika fibertyper och tre olika doseringar för varje fibertyp. För den andra testserien utvärderades enbart sprutade plattor.Alla provkroppar testades efter 28 dagar och den uppmätta residualböjhållfastheten fre2 för balkar, vid 2 mm vertikal deformation, och energiabsorptionen E40 för runda plattor vid 40 mm deformation visas i Figur 1. I båda delfigurerna indikerar den horisontella linjen vanliga gränsvärden som används vid dimensionering [7]. Resultaten visar att kraven på fre2 endast uppnås med högre doser av stål- och basaltfibrer. Dessutom är spridningen i resultaten stor vilket indikeras av vertikala svarta linjer.. För plattprovningen uppfyllde alla fibertyperna och doseringar de minimikrav som ställs. Här är det intressant att notera att de syntetiska fibrerna, som inte kunde nå designvärden för fre2, dock presterar mycket bra.
