Prognostisering av risker för alkalisilikareaktion (ASR) i vattenkraftskonstruktioner. Mariusz Kalinowski i li ki Materialgruppen, CBI Betonginstitutet Alkalisilikareaktion ‐ Starkt basisk miljö ‐ pH > 10 (pH > 12,5 i cementpastans porvätska) ‐ Fukt (RF > 75 %) ‐ Alkalier (Portland ementets kemiska sammansättnin ) Alkalier (Portlandcementets kemiska sammansättning) ‐ Alkalireaktiv ballast ‐ kristallin eller amorf SiO2 Löslighet hos kvarts beror på många faktorer: pH, temperatur, kornstorlek och korngränsgeometri, deformation, förekomst av tvillingbildning och föroreningar i kristallstrukturen Amorf SiO2 är mest reaktiv. i kristallstrukturen. Amorf SiO är mest reaktiv ‐ Även övrig mineralsammansättning i ballasten kan påverka reaktionen (t ex fältspat lermineral) (t ex fältspat, lermineral) Alkalisilikareaktion Svällningsförloppets styrparametrar är bara delvis kända, något som försvårar möjligheterna att göra livslängdsbedömningar men även att utveckla provnings‐ metoder som kan tydligt översättas till verkliga förhållanden för en konstruktion. etode so a tyd gt ö e sättas t e ga ö å a de ö e o st u t o Alkalisilikareaktion – bildning av alkalisilikagel bildning av alkalisilikagel – svällning svällning – bildning av sprickor i betongen bildning av sprickor i betongen ‐ Försämrad beständighet ‐ fukt, klorider, frost ‐ Försämrad hållfasthet ‐ vittring av betongen ‐ Volyminstabilitet ‐ expansion av konstruktionsdelar Potentiellt alkalireaktiv ballast i fjälltrakten Potentiellt alkalireaktiv ballast i fjälltrakten Långsamt reaktiva bergarter: vissa gnejser, lågmetamorfa Långsamt reaktiva bergarter: vissa gnejser, lågmetamorfa sedimentära bergarter, finkorniga skiffrar, mylonit mm Antas allmänt inte vara reaktiva i cement med Na2Oekv. < 0,6 vikt %, < 3.0 kg alkalier/m3 betong Halter < 15 % lågreaktiv ballast, liten risk för skador på betong (gäller inte alltid !) Halter < 15 % ‐ lågreaktiv ballast liten risk för skador på betong (gäller inte alltid !) Snabbt reaktiva bergarter: opalförande sandsten och gråvacka Snabbt reaktiva bergarter: opalförande sandsten och gråvacka Några procent opal kan ge expanderande reaktion redan vid en alkalihalt under 0,4 % Na2Oekv. (Stark, 1980). Prognostisering Finns alkalireaktiv ballast i betongen ? K Kan reaktionen inträffa i den aktuella miljön ? kti i t äff i d kt ll iljö ? Vad blir reaktionens hastighet och omfattning ? Skador på konstruktionen ? Metoder ‐ Okulärbesiktning av konstruktionen i fält g ‐ Mätning av sprickbredder på konstruktionens yta med mätlupp ‐ Mätning av konstruktionens expansion in situ med extensometer Mätning av konstruktionens expansion in situ med extensometer ‐ Provtagning ‐ K tit ti Kvantitativ petrografisk analys av ballast i planslip och tunnslip t fi k l b ll t i l li ht li ‐ Betongpetrografisk analys i planslip och tunnslip ‐ Mikrostrukturanalys i SEM (kemisk analys, alkalihalt, reaktionsprodukter) ‐ Expansionsmätning av betongprismor i laboratoriet (t ex Rilem AAR 3) Klippen Ajaure Gardikfors + Håckrens regleringsdamm: Storån/Indalsälven, Åre kommun. Ajaure Gardikfors Klippen (Överumans regleringsdamm) Håckren Damm Byggår Cementsort Gardikfors Ajaure Klippen Håckren 1963 1970 1970 1994 2008 (nytt utskov) Limhamn LH Cement Limhamn LH Cement Limhamn LH Cement Anläggningscement Anläggningscement Na2Oekv. , ) , ekv ((% ekvivalent Na2O = % Na2O + 0,658 x % K 2O) < 0,6 vikt % Ajaure Gardikfors lå lk li k lågalkaliska cement Limhamn LH: Na Limhamn LH: Na2Oekv. = 0,4 vikt % = 0 4 vikt % Degerhamn Anl Std P CEM I: Na2Oekv. = 0,5 vikt % Analys av cementpastans kemiska sammansättning med EDS/SEM Prov från från Oxid Na2O K2O Na2O ekvivalent Ajaure (vikt %) 0,2 01 0,1 0,3 Garviken Garviken (vikt %) 0,3 03 0,3 0,5 Håckren (vikt %) 0,1 02 0,2 0,2 Klippen (vikt %) 0,2 03 0,3 0,4 Ajaure Gardikfors Klippen Petrografisk analys av ballast Petrografisk analys av ballast ‐ SP‐metod 1441 ‐ SS‐EN 932‐3 ‐ Rilem AAR 1 Petrografisk undersökning i planslip och tunnslip Prov från Ballastens huvudbeståndsdelar Potentiellt alkalireaktiva bergarter Ajaure Amfibolit Mylonitiska y o t s a krosszoner oss o e i a amfiboliten bo te Gardikfors Amfibolit Mylonitiska krosszoner i amfiboliten Klippen Amfibolit Mylonitiska krosszoner i amfiboliten Håckren Metasedimentära bergarter, skiffer, kvartsit, metabasit Finkorniga och lågmetamorfa sedimentära bergarter Ajaure Tunnslip, genomfallande polariserat ljus. Området i bilden är 1,7 mm brett. Håckren Tunnslip, genomfallande polariserat ljus. Området i bilden är 1,7 mm brett. Håckren Tunnslip, genomfallande polariserat ljus. Området i bilden är 1,7 mm brett. Planslip Ajaure Klippen Håckren Ajaure Djup i betongen: 40 mm. Tunnslip, UV ljus. Området i bilden är 6,7 mm brett. Klippen Djup i betongen: 5 mm. Tunnslip, UV ljus. Området i bilden är 6,7 mm brett. Håckren Djup i betongen: 40 mm. Tunnslip, UV ljus. Området i bilden är 6,7 mm brett. Betongpetrografisk analys i planslip och tunnslip ‐ Mikrosprickfrekvensen i betongens bindemedel och ballast är låg ‐ Sprickmönster på betongens yta är orsakad av ytliga sprickor (djup max 30 mm) ‐ Inga tecken på ASR I k å ASR Bedömning av stenmaterialets alkalireaktivitet ‐ Rilem AAR 2 (ASTM C 1260): 4 veckor, 1 M NaOH‐lösning, 80oC ‐ CBI‐metod nr 1, Alkalisilikareaktivitet i betong (1992): minst 20 veckor, Slite Bygg, mättad NaCl‐lösning, 50oC ‐ Rilem AAR 3: 52 veckor,1,25 % Na2Oekv., 38oC Högalkalisk miljö, ekvivalent Na2O‐halt > 0,6 % Expansionsmätningar på borrkärnor Ajaure Gardikfors Håckren Klippen pp Slutsatser från undersökningen ‐ Vi har inte funnit några tecken på att ASR har skett i betongen hittills. ‐ Vi bedömer risken för ASR i undersökta konstruktionsdelar i Ajaure, Gardikfors, Håckren och Klippen som mycket låg, även på 150 års sikt. Gardikfors, Håckren och Klippen som mycket låg, även på 150 års sikt. CBI:s pågående arbete ‐ Utveckla och tillämpa effektiva undersökningsmetoder. ‐ Upprätta databas över svenska alkalireaktiva ballastmaterial. TACK ! TACK ! Klippen