Details

Durability of sprayed concrete :steel fibre corrosion in cracks

by Nordström, Erik, PhD

Abstract (Summary)
Genom att kombinera sprutbetongtekniken med stålfiberarmering erhålls uppenbara fördelar genom inbesparat armeringsarbete. Detta blir särskilt tydligt i bergförstärkningssammanhang. Sprutbetong i allmänhet, tillverkad av kunniga hantverkare, får hög kvalitet och god beständighet. Krav på beständighet finns också i dagens normer med krav på över 100 års livslängd. Eftersom stålfiberarmerad, våtsprutad betong bara använts sedan slutet på 80-talet finns frågetecken kring beständigheten mot fiberkorrosion. Det har tidigare bevisats att stålfibrer uppvisar utmärkt beständighet mot korrosion i homogen betong. Vid förhållanden som ger höga korrosionshastigheter på konventionell armering kan stålfibrer fortfarande vara opåverkade. Fibrer är små jämfört med konventionell armering och skyddas därför bättre i betongens alkaliska miljö. Mindre katodyta i förhållande till anodytan är ett annat argument till varför fibrer uppvisar bättre korrosionsbeständighet. Den höga kvaliteten kombinerat med att sprutbetong appliceras i relativt tunna skikt ger upphov till tvångsdeformationer av t.ex. krympning, som är en vanlig anledning till uppsprickning. Vid dimensionering av en bergförstärkning med stålfiberarmerad sprutbetong används fibrer både till att minska sprickvidder från krympning och att skapa en acceptabel duktilitet efter uppsprickning. I ett system med bultar och stålfiberarmerad sprutbetong är man beroende av vidmakthållen residualbärförmåga under lång tid. Syftet med föreliggande avhandling är bl.a. att undersöka mekanismerna som styr initiering och propagering. I besiktningar av gammal, sprucken stålfiberarmerad sprutbetong kan endast begränsad korrosion ses efter 5-15 års exponering. Även vid närvaro av höga kloridhalter verkar angreppet vara begränsat. I alla de undersökta objekten var dock antalet fibrer som korsade sprickan mycket litet. Två olika angreppssätt har använts för att studera korrosion av stålfibrer in sprickor. Spruckna stålfiberarmerade sprutbetongbalkar har exponerats i fält vid tre olika platser. Sprickvidd, fiberlängd, blandningstyp, acceleratorer och sprutmetod (våt/torr) är parametrar som testats. Efter 5 års exponering uppvisas korrosion, på fibrer som korsar sprickor, huvudsakligen i prover exponerade längs en motorväg med direktstänk av vatten innehållande tösalt. Förlust av 15-20% av fiberdiametern i de yttre 25 mm är vanligt där. Prover med längre fibrer (+10 mm) uppvisar nästan ett dubbelt så kraftigt angrepp. Prover exponerade på de andra platserna visar också korrosion men i betydligt mindre omfattning. Förutom proverna i tunnelmiljö ses också frostskador. I älvmiljö verkar också residualbärförmågan bli påverkad negativt och där en reduktion skulle kunna förklaras med minskad hållfasthet på själva betongmatrisen. En skillnad i frostbeständighet har också kunnat ses när prover med och utan vattenglasaccelerator jämförs. Enligt en analys av luftporsystemet visar prover med vattenglastillsats att de erhåller ett grövre luftporsystem och därför en försämrad frostbeständighet. Laboratorieförsök med accelererad exponering har också genomförts. Syftet är att utveckla en teknik för att på ett bättre sätt, och snabbare, kunna undersöka olika parametrars inverkan på korrosionsbeständigheten i ett mer kontrollerbart klimat. De accelererade försöken måste genomföras på ett sätt som möjliggör en korrelation med fältförsöken. Därmed kan längre tids verklig exponering efterliknas på kortare tid och på så sätt möjliggörs en bedömning av långtidseffekter av korrosion. Huvudsakligen uppvisas samma beteende som i fältexponeringarna med ökat angrepp med ökande sprickvidd och ökad fiberlängd. Inverkan av fiberlängd betonar vikten av anod- /katodförhållandet för korrosionshastigheten vilket också påvisats för konventionell armering. Utöver parametrar som också provas i fält har inverkan av olika stålkvalitet testats. Ett rostfritt stål verkar ge ett fullvärdigt skydd (i alla fall i ca. 50 år), medan de galvaniserade fibrerna endast ger ett tillfälligt skydd. En mycket grov uppskattning är att laboratorieexponeringarna ger ca. 50 gånger acceleration jämfört med normal exponering i motorvägsmiljö (1 år i labb motsvarar 50 år i fält). Som nämnts tidigare förväntas stålfibrerna kunna bära last under hela konstruktionens livslängd. Fiberarmerad betongs duktilitet uppnås genom utdragsmotståndet som uppkommer genom interaktionen mellan fiber och betong genom vidhäftning, friktion och deformation av fibern. Om fiberkorrosion initieras ger de korroderade fibrerna fortsatt duktilitet så länge som fiberhållfastheten är större än utdragsmotståndet. En analytisk modell som utvecklats visar att fiberarmerad betong uppvisar en betydande residualbärförmåga en lång tid efter det att korrosion har initierats. Traditionella livslängdskriterier för armerade betong är inte giltiga för stålfiberkorrosion i sprickor. En livslängdsmodell borde baseras på en acceptabel reduktion av bärförmågan. För att motverka förlust av lastbärande förmåga p.g.a. fiberkorrosion skulle t.ex. extra mängd fibrer, ökad skikttjocklek eller val av mer korrosionsbeständiga fibermaterial kunna föreskrivas vid proportionering. En parameter som inverkar på den ursprungliga residualbärförmågan hos stålfiberarmerad betong är fiberfördelningen i betongen. De vanligaste metoderna som brukar användas (t.ex. manuell räkning av fibrer i tvärsnittet) för att uppskatta fibermängden i sprutbetong kan ifrågasättas. Resultat från standardiserade tester och den inventering av gamla konstruktioner som gjorts pekar mot att sprickor uppkommer där fibermängden är minst.
Bibliographical Information:

Advisor:

School:Luleå tekniska universitet

School Location:Sweden

Source Type:Doctoral Dissertation

Keywords:

ISBN:

Date of Publication:01/01/2005

© 2009 OpenThesis.org. All Rights Reserved.