DK163498B

DK163498B - Anvendelse af en belaegning af slaggecementbeton til beskyttelse af betonkonstruktioner

Info

Publication number: DK163498B
Application number: DK076986A
Authority: DK
Inventors: Goeran Fagerlund
Original assignee: Cementa Ab
Priority date: 1985-02-20
Filing date: 1986-02-19
Publication date: 1992-03-09
Also published as: FI80874B; US4668541A; FI860726A; SE452316B; SE8500818L; FI860726A0; DK76986D0; SE8500818D0; DK76986A; NO860612L; FI80874C; NO165674C; NO165674B; DK163498C

Description

i

DK 163498 B

Betonkonstruktioner udsættes for store påvirkninger i korroderende miljø. Især har skader vist sig at optræde ved påvirkning af vejsalt og havvand. Chlorioner diffunderer ind i betonen og fremkalder tæring på armeringen, 5 således at der ofte må foretages kostbare reparationer, allerede inden der er gået 10 år efter ibrugtagningen af konstruktionen. Det er også svært at reparere sådanne udsatte betonkonstruktioner på en måde, der giver disse en lang levetid. Vanskelighederne er såvel af materialetek-10 nisk som praktisk art, reparationsmaterialerne giver ofte en begrænset beskyttelse, og de har ofte selv kun en begrænset bestandighed.' Hertil kommer, at reparationerne er tids- og arbejdskrævende. Særligt besværlige er reparationer af brokonstruktioner, fordi der kræves opbygning 15 af forme. Ganske vist kan reparationerne gøres betydelig lettere ved anvendelse af betonsprøjtning, men sprøjtebeton bliver frostfølsom, og derfor bliver holdbarheden usikker.

20 °en til grund for opfindelsen liggende opgave går ud på at forenkle og forbedre reparationer af skadet beton og tilvejebringe konstruktioner, der allerede fra begyndelsen af har en væsentligt bedre holdbarhed og modstandskraft mod korrosion end tidligere konstruktioner.

25

Denne opgave løses ifølge opfindelsen ved anvendelse af en 20-40 mm tyk belæg af slaggecementbeton indeholdende en cement med mellem 40 og 80 vægt-% granuleret og formalet højovnsslagge dels til beskyttelse af betonkonstruk-30 tioner mod skader forårsaget af frost i nærværelse af tøsalt, fortrinsvis chloridbaseret tøsalt eller havvand, dels til beskyttelse af den i betonen indstøbte armering mod chloridinitieret korrosion.

35 I det følgende beskrives opfindelsen nærmere under henvisning til tegningen, hvor 2

DK 163498 B

fig. 1 viser et snit gennem et parkeringsdæk, fig. 2 viser et snit gennem et parkeringsdæk med et beskyttelseslag af slaggecementbeton ifølge opfindelsen, 5 fig. 3a-e viser forskellige betonkonstruktioner, der er beskyttet ifølge opfindelsen, fig. 4 viser saltafskalning på luftfri beton, 10 fig. 5 viser saltafskalning på beton indeholdende 4,2 -4,5% luft, fig. 6 viser et snit gennem en skadet bropille, og 15 fig. 7 viser et snit gennem en skadet bropille, som er forsynet med et påstøbt lag ifølge opfindelsen.

Slaggecementbeton baseret på en slaggecement indeholdende 20 65 vægt-% formalet, granuleret højovnsslagge har en sær deles stor chloridabsorberende evne, hvilket medfører, at den effektive diffusionskoefficient for chlorider bliver betydeligt lavere end for Portlandcementbeton med samme vand/cementtal (vct). Den er tilmed lavere end for beton 25 med silicastøv eller flyveaske.

Der blev foretaget bestemmelse af diffusionskoefficienterne for chloriddiffusion gennem cementpastaer fremstillet af bindemidler indeholdende forskellige blandinger af 30 Portlandcement og visse mineralske tilsætninger. Før afprøvningen blev pastaerne opbevaret i en mættet CaiOH^-opløsning i 65 døgn. Resultaterne fremgår af nedenstående tabel.

35 3

DK 163498 B

8 2

Cementtype Deff x -*-0 , (cm /s) vbt = 0,40 vbt = 0,60 5 _:_ 100 % PC 2,08 9,98 95 % PC*) + 5 % FA 1,68 8,08 85 % PC*) + 15 % FA 1,25 8,19 10 65 % PC*) + 35 % FA 0,30 2,45 90 % PC**) + 10 % S 3,02 12,22 35 % PC**) + 65 % MS 0,11 0,97 15 *) Cementens specifikke overflade øget på en sådan måde, at man får samme 28-døgnstyrke som for ren PC.

**) Cementen har normal specifik overflade.

Procenttal angiver vægt-%.

20 PC = standard Portlandcement FA = flyveaske 25 S = silicastøv MS = granuleret formalet højovnsslagge (slaggecement).

bt = V resp. V resp. V 3Q PC+FA PC+S PC+MS

De høje diffusionskoefficienter for beton med kiselstøv er særligt frapperende.

35 Målinger af chlordiffusion gennem beton har vist, at diffu-siviteten aftager med voksende slaggeindhold ifølge ligningen 4

DK 163498 B

D = DQ/(l+alpha’S6) hvor Dq er diffusiviteten med PC, S er slaggeindholdet, og 5 alpha er en konstant.

Ved belægning af saltudsatte konstruktioner, f. eks. brobanedæk, kantbjælker, parkeringsdæk, kajdæk, kajpiller, bropiller osv., med et påsprøjtet lag af slaggecementbeton får 10 man en effektiv beskyttelse mod chloridindtrængning til armeringsjernet, og herved en langt mere effektiv beskyttelse end med den nu anvendte hydrofobering med silaner osv., hvis langtidsvirkning endnu ikke foreligger fuldt klarlagt. Direkte indstøbning af armeringsjern islaggecementbeton er 15 imidlertid ikke hensigtsmæssig, da slaggen p.g.a. sit svovlindhold i visse tilfælde kan virke korroderende på jernet. Et mellemlag af Portlandcement bør derfor altid-findes mellem armeringsjern og slaggecementbeton.

20 I fig. 1 vises et parkeringsdæk omfattende en 200 mm tyk betonudstøbning 1 af ren Portlandcement med armerings jern 2, der ligger 30 mm under den øvre betonoverflade. Konstruktionsbetonens vct antages at være 0,40, således at der er tale om en beton af høj kvalitet. Chloridkoncentrationen 25 over dækket antages at være 100 g/1, hvilket ganske vist er en særdeles høj værdi, men dog en værdi der svarer til hård tøsaltning. Til sammenligning kan det nævnes, at atlanterhavsvand har en koncentration på 19 g/1. Tærskelværdien for den chloridkoncentration, som initierer korrosion af arme-30 ringen, antages at være 25 g/1, og denne koncentration nås, når konstruktionen har en alder på t år. Chloridprofilen 3 bliver da den på figuren viste.

Tiden c kan udregnes på grundlag af diffusionsligningen.

35 Koncentrationspotentialet bliver = 075 5

DK 163498 B

100-0

Som i den relative dybde 3/20 = 0,15 modsvarer Fouriertal-5 let Fq « 0,01, dvs.

D __(cm2/s) t (s) * - - = 0 01

0 on2 ,2v U'U

20 (cm ) 10 D -- for Portlandcementbetonen er ifølge ovenstående -8 2 2,08.10 cm /s, dvs. tiden t bliver 0,01.202 o t = — ? = 1,9.10° s = 6 år 15 2,08.10"°

Selv om underfladen antages at være saltet med samme koncentration bliver tiden omtrent lige lang.

Efter 6 års kontinuerlig salteksponering skulle armeringen 20 således begynde at ruste.

Ifølge de svenske betonbestemmelser er det imidlertid tilladt at arbejde med et vct = 0,50. Diffusionskoefficienten — 8 2 b bliver da ca. 4,9.10 cm /s (D = a.vct ). I dette tilfælde 2^ mindskes den alder, hvor korrosionen starter, altså til ca.

2,5 år. Disse tider er i god overensstemmelse med de praktiske erfaringer man har med Portlandcementbaserede betonkonstruktioner i stærkt chloridholdigt miljø.

30 I fig. 2 vises forløbet, når parkeringsdækket belægges med et ca. 30 mm tykt lag af slaggecementbeton. Initieringsti-den for korrosionen forlænges da betydeligt p.g.a. den lave diffusionskoefficient. Den nye tid kan beregnes eksakt ved løsning af diffusionsligningen, men en approximativ bedøm-35 6

DK 163498 B

chloridkoncentration på 25 g/1 i grænselaget mellem slaggecementbeton og konstruktionsbeton bliver ca.

0,01.202/0,11.10-8 (s) = 115 år 5

Endnu længere tid tager det at nå denne koncentration ved jernets niveau. En belægning med 30 mm Portlandcementbeton med en vct = 0,40 skulle give en initieringstid på ca. 15 år sammenlignet med de 6 år, som gjaldt uden belægning, 10 dvs. at belægningen i dette tilfælde har en marginal virkning.

Ved en lagtykkelse på blot 20 mm slaggecementbeton fås alligevel en initieringstid på mindst 60 år.

15 I fig. 3 vises nogle tillempninger af opfindelsen ved nybygninger eller reparationer. Fig. 3a viser et snit gennem et brodæk eller et kajdæk. Betonudstøbningen 1 er dækket med et lag 4 af frostbestandig slaggecementbeton, og øverst 20 ligger en normal asfaltbelægning 5. Fig. 3b viser et parkeringsdæk uden asfaltbelægning, og fig. 3c en kantbjælke. I fig. 3d vises skematisk en bropille af beton 1 som ovenfor, der er belagt med slaggecementbeton under vandoverfladen 6.

På samme måde kan en viaduktpille beskyttes over og under 25 vejbanens overflade 7, jfr. fig. 3e. I samtlige tilfælde antages armeringsjernet at være placeret i den indenfor slaggecementbetonen liggende Portlandcementbeton.

En stor fordel består desuden i, at slaggecementbeton har 30 en særdeles god frostbestandighed i nærværelse af optøningssalt. Pålægningen af det beskyttende lag, f. eks. på de i fig. 3a og 3b viste plader, frembyder heller ikke nogen vanskeligheder. Forholdene bliver imidlertid anderledes, når beskyttelseslaget skal lægges på lodrette overfla-35 der, f. eks. på en ældre konstruktion, hvor saltkoncentrationen begynder at nærme sig farlige niveauer, eller som beskyttelseslag, f. eks. på en repareret kantbjælke til en 7

DK 163498 B

bro. En helt ny formopbygning er tidskrævende og kostbar.

Her frembyder sprøjtecement en særdeles rationel løsning, men et påsprøjtet lag af almindelig Portlandcementbeton er normalt ikke saltfrostbestandigt. Det har imidlertid vist 5 sig, at slaggecementbeton med et slaggeindhold på 65% eller derover også ved sprøjtestøbning giver en tilfredsstillende saltfrostbestandighed.

Saltfrostbestandigheden bestemmes, idet skiver udsavet af 10 den øverste og den nederste ende af en betoncylinder lægges med den udsavede overflade i kontakt med en 3%'s natrium-chloridopløsning, idet der i en cyclus på et døgn først i O o 16 timer køles fra +15 C til -15 C, hvorefter der på ny i

O

8 timer varmes op til +15 C. Efter et antal cycler be- 2 15 stemmes afskalningen i kg/m eller mm afskalningsdybde. Prøvningsmetoden er udførligt beskrevet i svensk standard SS 127 225.

I fig. 4 og 5 vises resultaterne af prøver på beton uden 20 luftindblanding og med indblanding af 4,2 - 4,5% luft med slaggeindhold i cementen på 0, 15, 40 og 65%.

Prøverne med cement indeholdende 65% slagge har den i særklasse bedste frostbestandighed. Betonen med ren Portland-25 cement og med cement med et slaggeindhold på 15% uden luftindblanding bliver derimod helt ødelagt allerede efter 2 -3 cycler. Med en luftindblanding på 4,2 - 4,5% forbedres frostbestandigheden. Beton med ren Portlandcement og med cement med 15% slagge klarer kun ca. 15 cycler, medens be-30 ton med cement med højt slaggeindhold kun udviser små skader, endog efter 25 - 30 cyclers forløb.

I sprøjtebeton er det i praksis særdeles vanskeligt at udnytte teknikken med luftindblanding. Luftindholdet i den 35 færdige sprøjtebeton baseret på normal cement bliver derfor alt for lavt til at klare frostbestandigheden i et salt miljø. Slaggecement med et højt slaggeindhold giver her en 8

DK 163498 B

særdeles stor fordel, idet der standses for endog kraftig saltpåvirkning uden ekstra luftindblanding i betonen.

Allerede skadet og chloridinficeret beton saneres også på 5 fordelagtig måde ved påstøbning af beton baseret på slaggecement med højt slaggeindhold. I fig. 6 vises en korroderet bropille, og i fig. 7 vises samme pille nogle år efter påstøbning med slaggecementbeton. Af kurven 3, som viser chloridkoncentrationen, fremgår det, hvorledes der indtræ-10 der en forbedring, og hvorledes chloridkoncentrationen ved armeringsjernet 2 synker fra Cq ved påstøbningen til en lavere værdi C^, som ligger under tærskelniveauet T for korrosionen på armeringsjernet. Cu betegner chloridkoncentrationen i det omgivende miljø. Den tidligere carbonatise-15 ringsfront 8 standses og står uændret tilbage, medens der dannes en ny carbonatieringsfront 9 i det påstøbte materiale, Også herved forsinkes korrosionsinitieringen p.g.a. den pH-sænkning, som tilvejebringes ved carbonatisering af betonen.

20 25 30 35

Claims

1. Anvendelse af en 20 - 40 mm tyk belægning af slaggece mentbeton indeholdende en cement med mellem 40 og 80 vægt-% granuleret og formalet høj ovns slagge dels U1 beskyttelse af betonkonstruktioner mod skader forårsaget af frost i nærværelse af tøsalt, fortrinsvis chloridbaseret tøsalt el-10 ler havvand, dels til beskyttelse af den i betonen indstøbte armering mod chloridinitieret korrosion.

2. Anvendelse ifølge krav 1, kendetegnet ved, at slaggecementbetonen har et forhold mellem vandindhold og 15 cementindhold, som er mindre end 0,50.

3. Anvendelse ifølge krav 1, kendetegnet ved, at slaggecementbetonen påføres ved påsprøjtning. 20 25 30 35