Sprutbetong
Tommy Ellison
Kraftindustrins Betongdag 2014
1
Innehåll
•Sprutbetongs egenskaper
•Sprutmetoder
•Material
•Utrustning
•Kontroll
•Utförandekrav/Utbildning
Kraftindustrins Betongdag 2014
2
Sprutbetongs egenskaper
Kraftindustrins Betongdag 2014
3
Sprutbetongens funktion
• Betong som med hög hastighet slungas mot en yta där den
fastnar och bildar en stark konstruktion med eller utan
samverkan med underlaget
– Bergförstärkning samverkar alltid med berget på något sätt
– Vid betongreparation eftersträvas samverkan med den befintliga
konstruktionen
– Fribärande valv och liknande har bärande verkan utan samverkan
Kraftindustrins Betongdag 2014
4
Krav på sprutbetong
Vanliga krav på sprutbetongen i bruksskedet:
• Hållfasthetsklass vanligen C30/37 eller C40/45
• Vattentäthet
• Vidhäftning till berg minst 0,5 MPa
• Vidhäftning mellan skikt (t ex not gammal betong) minst 1,0 MPa
• Livslängdsklass L50 eller L100
• Exponeringsklass beroende på läge XC3-4, XF1-4
• Om sprutbetongen innehåller fiber ställs krav på
böjdraghållfasthet och seghet
Kraftindustrins Betongdag 2014
5
Andra krav på sprutbetong
Dessutom ställs krav för att kunna utföra arbetet, t ex:
• Betongen skall ha god inre kohesion
• Ingen separation
• Tidig bindning (bergförstärkning)
• Betongen skall ha snabb hållfasthetstillväxt (bergförstärkning)
• Betongen skall vara lätt att pumpa och spruta
• Betongen skall ha en lång öppethållandetid, beroende på
– Transportavstånd
– Lasstorlek
– Utförandesätt
Kraftindustrins Betongdag 2014
6
Sprutmetoder
Kraftindustrins Betongdag 2014
7
Metoder
• Torrsprutning
• Våtsprutning
Kraftindustrins Betongdag 2014
8
Torrsprutning
• Jordfuktig betong (3-5 vikts-%) transporteras med tryckluft till
sprutmunstycket
– Vid platsblandning - naturfuktig ballast
– Torrbruk förfuktas
• I munstycket tillsätts vatten till lämpligt vct och så att
betongen fastnar mot underlaget (0,35<vct<0,40)
• Betongen träffar underlaget med en hastighet på ca 100 m/s
• Betongen blir väl komprimerad och får hög kvalitet
Kraftindustrins Betongdag 2014
9
Våtsprutning
• Färdigblandad betong med valt vct transporteras till
munstycket
– Betongpump är vanligast (dichtstrom)
– Trycklufttransport förekommer (dϋnnstrom)
• Drivluft och accelerator tillsätts i munstycket
• Betongen träffar underlaget med en hastighet på ca 100 m/s
• Betongen blir väl komprimerad och får hög kvalitet
Kraftindustrins Betongdag 2014
10
Material
Kraftindustrins Betongdag 2014
11
Materialkrav
• Cement ska vanligen vara sulfatresistent, lågalkalisk och helst
finmald
– Anläggningscement är mycket grov och långsam men används ändå
– Ibland kan Byggcement användas
• Vattencementtal vct < 0,45
• I våtsprutad betong ingår dessutom oftast tillsatsmaterial i
form av silikastoft
– Kan vara svår att dispergera
• Tillsatsmedel typ vattenreducerande (V), flyttillsats (F)
– Superplasticerande används allmänt (samma krav som SKB)
• Accelererande (A) tillsätts i sprutmunstycket
Kraftindustrins Betongdag 2014
12
Ballast till sprutbetong
• Helst naturgrus
100
90
– Speciellt findel 0-3 mm
– Krossat material kan dock
användas
80
Passing (%)
70
• Dmax = 8-11 mm
60
50
40
Wet-mix
30
– Max ¼ av lagningens
tjocklek
Dry-mix
20
10
• Jämn siktkurva
• I övrigt som betongballast
0
0.075 0.125 0.25
Kraftindustrins Betongdag 2014
0.5
1
2
4
8
16
32
Sieve (mm)
13
Proportionering
• ”Vanlig” proportionering (enligt Betonghandbok) fungerar inte
• Att slutprodukten får avsedd egenskaper kontrolleras genom
förprovning
–
–
–
–
–
Lokalt material
Aktuell betongstation
Maskiner
Personal
Provspruta helst på liknande underlag
Kraftindustrins Betongdag 2014
14
Förprovning i ett tunnelprojekt
Kraftindustrins Betongdag 2014
15
Acceleratorer
• Vid våtsprutning måste accelererande tillsatsmedel tillsättas
• Tidigare användes oftast natriumsilikat (vattenglas)
• Vattenglas
–
–
–
–
Påverkar sluthållfastheten
Ökar risken för ASR (även vid ballast som har låg mängd kisel)
Kan ge försämrad beständighet
Ohälsosamt att arbeta med
• Alkalifri accelerator (AF) påverkar inte sluthållfastheten, och är
mindre hälsovådligt
• AF tillåter sprutning av tjocka påslag, upp till flera dm
Kraftindustrins Betongdag 2014
16
Typiska betongrecept
Våtsprutad betong
Torrsprutad betong
•
•
1600 kg betongballast 0-8 mm, med
anpassad siktkurva
• 450 – 500 kg Anläggningscement
• 200-225 kg vatten (vct=0,45)
• 15 – 25 kg silika-stoft (3–5% av C)
• 3 –5 kg (0,6-1 % av C)
superplasticerande tillsatsmedel
• 20 – 30 kg tillsatsmedel typ
accelererande (A), som tillsätts i
munstycket (4–6 % av C)
+ ev. stålfiber
1700 kg betonggrus 0-8 mm, med
anpassad siktkurva
–
–
•
•
Naturligfuktig ballast eller
Torrbruk som förfuktas innan sprutning
375 – 425 kg Anläggningscement
Vatten tillsätts i munstycke så att
0,35 < vct < 0,40
Trots detta likvärdiga egenskaper på slutprodukten!
Kraftindustrins Betongdag 2014
17
Jämförelse torr- och våtsprutning
Egenskap
Hållfasthet
Kontrollerat vct
Kapacitet
Beständighet
Spill
Lång slangtransport
Arbetsmiljö
Sprutning mot våt yta
Fiberbetong
Torr metod
+
+
+
+
-
Kraftindustrins Betongdag 2014
Våt metod
+
+
+
+
+
+
+
18
Nya betongkompositioner
1. Mixade bindemedel
• Betongstandard EN-206-1 tillåter viss blandning av bindemedel
• Nya bindemedel håller på att utvecklas för svenska marknaden
• Mixade bindemedel kan användas för att
– Lågalkalisk och sulfatresistent med snabb hållfasthetstillväxt
• Anläggningscement + Byggcement/SH-cement
• Mycket användbart i tunneldrivning
– Förbättrad beständighet
• Cement I + flygaska
• Lämpligt för vattenbyggnadskonstruktioner
2. Fysisk luft är en modern metod att få ett stabilt luftporsystem
– Mikrosfärer blandas in i betongmassan
– Säkerställer frostbeständighet
Kraftindustrins Betongdag 2014
19
Maskiner och utrustning
Kraftindustrins Betongdag 2014
20
Utrustning för torrsprutning
Kraftindustrins Betongdag 2014
21
Robot för tunnel/bergrum
Kraftindustrins Betongdag 2014
22
Våtsprutning
Robotsprutning på bergslänt
Kraftindustrins Betongdag 2014
23
Våtsprutning
Våtsprutning med robot i en liten tunnel
Kraftindustrins Betongdag 2014
24
Beständighet/kvalitet
Kontroll av sprutbetong
Kraftindustrins Betongdag 2014
25
Beständighet
Sprutbetongs beständighet påverkas av
• Miljö (temperatur, vatten, kemisk påverkan)
• Betongsammansättning
• Underlagets kvalitet
• Utförande
Det är känt att tunn sprutbetong på berg har dålig beständighet
– Gäller oavsett miljö (frost, vatten), betongsammansättning mm
– Minst 50 mm tjocklek krävs (i Norge minimitjocklek 80 mm)
För betongreparation gäller motsvarande
– Ta bort tillräckligt mycket
– Inga utspetsningar (kantskärning)
Kraftindustrins Betongdag 2014
26
Provning av sprutbetong
• Tryckhållfasthet
– kuber sågas ur provpaneler
• Densitet
• Vattentäthet
– provas vanligen inte
• Vidhäftning till underlaget/ vidhäftning mellan skikt
– Provas in situ (friborrning in i underliggande berg/betong)
• Böjdraghållfasthet och seghet
– Utsågade balkar
• Skikttjocklek
– Mäts vid bergförstärkning
• Frostbeständighet
– Saltfrostbeständighet kan vara svår att uppnå med sprutbetong
Kraftindustrins Betongdag 2014
27
Utförandekrav/Utbildning
Kraftindustrins Betongdag 2014
28
Utförandekrav
• BKR 7:52
– Utförande av betongarbeten skall indelas i utförandeklasserna I, II eller III
med hänsyn till krav på kompetens, tillsyn samt jämnhet och noggrannhet i
utförandet. De högsta kraven gäller för utförandeklass I.
– Endast betongmassa i tillverkningsklass I får användas i utförandeklass I.
– Utförandeklass I gäller alltid vid undermarksbyggande, broar och
vattenbyggnadskonstruktioner
• I BBK 94
– Till utförandeklass I hänförs betongarbeten som leds och övervakas av en
person med särskild utbildning i och erfarenhet av högvärdiga
betongkonstruktioners utförande (klass I-kompetens).
• AMA Anläggning 10
– EBF.112 Sprutbetong vid förbättring och reparation av bro av betong
• Krav på utförande, material mm
Kraftindustrins Betongdag 2014
29
Torrsprutning
Handhållen sprutning på bergslänt
Kraftindustrins Betongdag 2014
30
Operatören bestämmer kvaliteten
Utförandet är helt beroende av den som styr roboten
Kraftindustrins Betongdag 2014
31
Operatörens betydelse
• Vid utförande av betongsprutning med robot är operatörens
skicklighet av största vikt för slutresultatet
• Det är viktigt att operatören har dokumenterad erfarenhet av
sprutbetongarbeten i bergrum eller tunnlar och är tränad på
den aktuella utrustningen
• Det har länge talats om certifiering av operatörer, men än så
länge finns ingen formell certifiering
• Trafikverket arbetar med att kunna ställa krav i projekt som
Förbifart Stockholm
Kraftindustrins Betongdag 2014
32
Sprutbetongkurs
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
CBI/Vattenfall erbjuder sedan några år en kurs för utförare
Reparationsarbeten och bergförstärkning
Kursplan framtagen Rebet (Nätverket för betongreparationer)
Uppfyller Betongföreningens råd och krav i AMA Anläggning 10
Intagningskrav: 2 månaders praktik de senaste 5 åren
Kurslängd 3+3 dagar
Teori, laboratoriearbete och praktisk sprutning (manuell)
Ingen träning på robotsprutning
Slutprov
Kursintyg
Kraftindustrins Betongdag 2014
33
Träning av robotförare
• Robotsprutning är mycket svårt och det tar lång tid att lära sig rätt
utförande
• En simulator har utvecklats för utbildning och fortlöpande träning
–
–
–
–
–
–
–
Verklig robotkontroll
Scannad tunnelmodell i 3D
Robotmodeller som används
Resultatet kan mätas i efterhand
Kurser och prov dokumenteras
Kan utgöra underlag för certifiering
Används av gruvor (LKAB, Boliden), gruvskola, TUCA (Tunneling and
Underground Construction Academy, London) m.fl.
– Metoden är validerad i samarbete med avd. för Arbetsvetenskap, LTU
Kraftindustrins Betongdag 2014
34
Simulator för robotförare
Kraftindustrins Betongdag 2014
35
Sammanfattning
• Gör en ordentlig förprovning innan arbetet startar
• Vid sprutning på berg gäller att konstruktioner som är tunna,
< 50 mm, är inte beständiga (gäller all betong)
• Underlagets beskaffenhet är viktig
– Bergyta ska rengöras ordentligt
– Vid betongreparation ska får inte ytan vara urlakad, vittrad eller
spjälkad (vattenbilning rekommenderas)
• Utförarens färdighet är mycket väsentlig för resultatet
– Utbildning är viktig
– Robotförare bör få träning i simulator
Kraftindustrins Betongdag 2014
36
