44
Erfaringar med bruk av sprøytebetong Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet Varige konstruksjonar – Teknologidagane 22. oktober 2013

Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

  • Upload
    others

  • View
    8

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Erfaringar med bruk av sprøytebetong

Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT

Vegdirektoratet

Varige konstruksjonar – Teknologidagane 22. oktober 2013

Page 2: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Varige konstruksjonar - hovudmål

Varige konstruksjonar – Teknologidagane 22. oktober 2013

«Programmets hovedmål er å legge til rette for at riktige materialer og produkter benyttes på riktig måte i Statens vegvesen sine konstruksjoner. Formålet er å oppnå ønsket kvalitet, forutsigbart vedlikehold og definert levetid for ulike konstruksjonsløsninger, i første rekke for bruer og tunneler».

Page 3: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Dette foredraget:

Varige konstruksjonar – Teknologidagane 22. oktober 2013

• TT3 Miljølaster/TT5 Sprøytebetong & Problemstillingar • Oppsummering av tidlegare prosjekt/erfaringar med sprøytebetong • Planar og behov

Page 4: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Varige konstruksjonar – Tilstandsutvikling tunnelar: «TT5 Sprøytebetong» og «TT3 Miljøbelastningar i vegtunnelar» henger nøye saman:

Varige konstruksjonar – Teknologidagane 22. oktober 2013

Miljøbelastningar

(TT3)

Tekniske installasjonar

(TT6)

Membranar

(TT4)

Sprøytebetong

(TT5)

Boltar

(TT1/TT2)

Page 5: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

TT5 Sprøytebetong

Varige konstruksjonar – Teknologidagane 22. oktober 2013

Forutsetningar: At regionene er villige til å bidra. Samarbeid med TT3

Aktivitetar i 2013: - Skrive en rapport som oppsummerer tidligere arbeid på bestandighet for sprøytebetong (under arbeid) - Be regionene om hjelp til å en overflatisk status på de ca. 50 tunnelene som ble undersøkt i prosjektet «Riktig bruk av sprøytebetong 1995-1997» - Utføre prøving av e-modul og kapillær absorpsjon på tidligere produserte prøver (ifm e-abs over tid) og sammenligne støpte og sprøytede prøver (under arbeid). Vurdere å prøve frostmotstand og analyse av planslip - Utføre prøving av kapillær absorpsjon samt lage tynnslip på prøver fra Oslofjordtunnelen (bestilt) Planar for 2013-2014: Velge ut 5-10 av dei 50 tunnelane i pkt 2, og gjøre grundigare undersøkingar av sprøytebetongen. Utlysing går ut snart. Vekt på sprøytebetong som bergsikring, men også brannsikring Planar for 2015: - Supplerande undersøkingar (jan-mars ca.) - Testfelt Oslofjorden: 5 års resultat sprøytebetongtilstand/lab (våren 2015) - Rapportar

Page 6: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

TT3 Miljøbelastningar i vegtunnelar

Varige konstruksjonar – Teknologidagane 22. oktober 2013

Forutsetningar: Samarbeid med tunnelforvaltarar for tilgang til tunneler og tekniske installasjonar, samt tett samarbeid med impliserte personer i TT1, TT5 og TT6 og nokre aktivitetar i etatsprogrammet NORWAT

Hovudmål: - Karakterisering av alle viktige miljølaster i vegtunnelar

(grunnvatn, partiklar, luftkvalitet, tunnelvask) - Effektar på betong og materialar brukt i tekniske

installasjonar. Aktiviteten høyrer nøye samen med TT2, TT5 og TT6.

2013-2014: - Tre tunnelar undersøkt i 2011 (i forprosjektet til VK)

undersøkast mht miljøbelastningar, saman med andre utvalde tunnelar

- Innsamling av støvprøver (o.l.) frå kabelbruer , vifter etc. - Testfeltet for sprøytebetong i Oslofjordtunnelen

(etablert 2010) og boltar (etablert 2012) blir følgd opp med supplerande vasskjemi, anna prøvetaking (utfellingar, biofilm m.m.)

- Effektar av biofilm på betong. Det er utført ei førebels DNA undersøking av biofilm i Oslofjordtunnelen (av Dr T Haverkamp, CEES ved UiO).(muleg PhD oppgåve)

2015: - Supplerande undersøkingar (jan-mars) - Testfelt Oslofjorden: 5 års resultat (overlapp m TT5) - Rapportar

Page 7: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

International Tunnelling and Underground Space Association (ITA):

Bestandighetsundersøkingar av sprøytebetong krev følgjande dokumentasjon:

● Fullstendig informasjon om miljøpåkjenningar (vasskjemi, bergmasseforhold, trafikk, etc.)

● Alle nødvendig materialdata for å bestemme “exposure resistance capacity” (avh. av betongresept, sprøytebetongtykkelse, styrke, etc.)

● Eksponeringstid: Om nødvendig, skilje mellom ulike lokale nedbrytingsprosessar (tida som spr. bet. er påverka av ei definert miljølast: f.eks. sulfatangrep, kloridinntrenging, fryse/tine syklar)

● Balanse mellom kvalitetskrav og design (samanlikning av forventa levetid og spesifikasjon/utførelse)

Varige konstruksjonar – Teknologidagane 22. oktober 2013

Venta levetider (eksempelvis): - Bergsikring; 50-100 år - Midlertidige konstruksjonar 5 år

Page 8: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Varige konstruksjonar – Sprøytebetong og «miljø»:

Varige konstruksjonar – Teknologidagane 22. oktober 2013

Fordamping i tunnelrommet; vatn kan bli meir aggressivt

Vegsalt; nedre delar

Page 9: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Samtidig effekt av nedbryting og leire kan føre til for tynn sprøytebetong med tida

Effekt av uoppdaga aktiv leire

Tap av bærande tverrsnitt ved nedbryting

Endeleg tykkelse (F) vs. design kriterium(D)

D

F

Sikring: (SVV = Hb 21)

Statens vegvesen

Page 10: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Erfaringar: - tidlegare rapportar og prosjekt

Varige konstruksjonar – Teknologidagane 22. oktober 2013

• Diverse prosjekt og rapportar (ca 1980-1995) • Riktig bruk av sprøytebetong (1995-1997) • (Miljø og samfunnstjenlige tunneler, 1998-2002) • (Vegkapital, 2002-2006) • Nedbrytingsmekanismar i sprøytebetong (2003-2007) • PhD (2011) • Moderne vegtunneler (2007-2011) • Varige konstruksjoner – forprosjekt (2011)

Page 11: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Varige konstruksjonar – Teknologidagane 22. oktober 2013

Sprøytebetong erfaringar - Diverse prosjekt og rapportar (til tidleg på 90-talet) Korte trekk: undersjøiske tunnelar - Vardøtunnelen (1982). Påvist utfelling av salter, inkl

Mg, Cl, S og tydeleg nedbryting (C25) - Ellingsøy, Valderøy, Kvalsund, Godøy (1987-1989),

omdanning i heftsona (C35-C45). - Svært varierande luftinnhald (4 – 13 %) - Udispergert mikrosilika i fleire prøver - Fiber (stål) nokså jamt fordelt (gjelder desse

tunnelane) Landtunnelar: - Det finst fleire rapportar, mykje blei oppsummert i «Riktig bruk av sprøytebetong»

Page 12: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Riktig bruk av sprøytebetong (1995-1997)

Varige konstruksjonar – Teknologidagane 22. oktober 2013

• A- Innkjøring og midtsoner • B- Undersjøiske tunnelar • C- Frostsoner • D- Sprakefjell • E- Brannsikring av PE-skum • Sluttrapport

Page 13: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Varige konstruksjonar – Teknologidagane 22. oktober 2013

Riktig bruk av sprøytebetong – Hovudresultat (mange tunnelar var nokså nye i 1995-1997): ● Generelt ingenting alarmerande ● Karbonatisering, og Ca utluting lokalt ● Stålfiberkorrosjon ikkje noko problem, lokalisert til karbonatisert ytterhud ● Undersjøiske, udefinert laus betong i enkelte tunnelar, blei tolka som prelletap

*) Behov for oppfølging av enkeltpunkt ● Langtidseffektar i u sjø tunnel: særleg behov for seinare oppfølging ● Alkalireaksjonar: usikkert, behov for seinare oppfølging ● Ingen typiske frostskader, delaminering beton/berg forekommer ● Sprakefjell, behov for å kunne ta store laster (høg E modul) ● PE-Brannsikring, dokumenterte skadetyper behov for utvikling (nå utført) ● Heftsona (betong/berg): ganske ofte svak. ● Tilrådingar (oppfølging, forslag til NB 7, seinare prosjekt) Nedbryting (visuelt) er knytta til vasslekkasjar: synleg problem knytta til tynne sprøytebetong-

sjikt (< 5 cm). Undersøkte svær mange tunnelar, i dei fleste miljø VEKT PÅ FYSISKE BETONGPARAMETRAR. ALUNSKIFERMILJØ IKKJE UNDERSØKT *) IKKJE SPESIELL VEKT PÅ Å DIAGNISTISERE ÅRSAKER

Page 14: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Varige konstruksjonar – Teknologidagane 22. oktober 2013

Riktig bruk av sprøytebetong – Eksempel. Innkjøring & midtsoner

Konklusjonar basert på 8 tunnelar (Fidjestøl 1994): - Tunnelar på Vestlandet viste få teikn til karbonatisering. Nemner spesielt

tunnelar i Bergen, og meiner at dette er knytta til høgare luftfuktigheit - Tunnelar utan ventilasjon synte tendensar til at karbonatiseringsdjup var

størst nede nær vegbana, og midt i tunnelen - Tunnelar med ventilasjon viste derimot djupare karbonatisering i hengen

enn nede nær vegbana, tolka som at viftene drar avgassar opp i tverrsnittet, samt at ventilasjon sørgjer for ein større grad av uttørking av betongen i hengen enn nede ved vegbana.

- Overflatebehandling viste seg å bremse karbonatiseringa. - Karbonatiseringsdjup maksimum 10 mm, kan ikkje reknast som

problematisk. - Vegsalt: Dei høgste kloridverdiane blei observert i eit belte frå omkring

0,2-1 m over vegbana. - Kloridnivået varierte med høgde over havet, med høgste verdiar nærmast

havet - Overflatebehandling (maling) verka ikkje bremsande på kloridinntrenging

Page 15: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

”Riktig bruk av sprøytebetong” (1995-1997):

• Minimumstykkelsen blei auka frå 5 til 6 cm • Betre kontroll med lekkasjar (dreneringstiltak) • NB 7 blei oppdatert • Ein del resultat gikk inn i ITA sin erfaringsbase NB! Tunnelar bygd med moderne sprøyteteknologi/reseptar var unge (< 10- (15) år) Erfaringar basert på eldre tunnelar er ikkje like viktig Restlevetid vanskeleg å bestemme, svært avhengig av lokale forhold

Statens vegvesen Teknologidagene 2013

Page 16: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Undersøkingar frå 2000-2011

Statens vegvesen

• 2000: Pilotundersøkingar av sprøytebetong på Alunskifer:

• 2000-2003: Samarbeid med Building Research Establishment (BRE), Garston, Storbritannia innan sulfatangrep.

• 2003-2008: Prosjektet «Nedbrytingsmekanismar i sprøytebetong» vekt på kjemisk nedbryting, forvitring, aggressivt vatn, geologiske forhold

• 2009-2011: Prosjektet «Moderne vegtunneler». - Tilstand i 3 tunnelar - Etablering av «Oslofjord testfelt» (2010)

• 2011: PhD ved TU-Delft: «Deterioration Mechanisms and Durability of Sprayed Concrete for Rock Support in Tunnels» (PH)

Teknologidagene 2013

Page 17: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Konklusjonar om sprøytebetong som bergsikring (2000-2011):

● Ionefattig vatn /landstrekningar er relativt lite problematiske ● Alunskifermiljø – Begrensa sulfatangrep i ”sulfatresistent betong” og full fiberkorrosjon

– problemet er ikkje fullstendig løyst (thaumasitt sulfatangrep nært knytta til Ca-utluting og indre karbonatisering )

● Undersjøiske tunnelstrekningar: Ein del tunnelar har ytre nedbryting av sprøytebetong med tverrsnittsredukasjon (0,5-10 mm/år). Dette er eit kombinert angrep (Mn og Fe bakteriar danner syre, samverkar med klorid, magnesium, thaumasitt)

● U-sjø: gipsutfelling på overflater etter 10-15 år (må fjerne før rehabilitering/oppgradering) ● Alkalireaksjonar er ikkje viktig har ikkje sett skadeleg utvikling hittil ● Grunnvannstrykk: gir større inntrenging av aggressivt vatn enn ● Trekk i tunnelar kan føre til sterk oppkonsentrasjon av ionar/auka aggressivitet ● Effektane av ustabil bergmasse er vanskeleg tilgjengeleg (dynamiske laster gir mikro-

opprissing). Må kjenne Q-verdiar + deformasjonsmålingar for å komme nærmare)

● Varige konstruksjonar – Teknologidagane 22. oktober 2013

Page 18: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Varige konstruksjonar – Teknologidagane 22. oktober 2013

Doktoravhandling 2011 Utført i samsvar med ITAs tilrådingar på basis av bl.a. “Riktig bruk….” Over 200 tynnslip, frå 9 tunnelar SEM, XRD, kjemi/vatn, stabilisotopar, etc.

Fokuserte på tunnelar i : - Alunskifermiljø - Lite vekt på landtunnelar generelt - Undersjøiske tunnelar Fagleg vektlegging: - Reaksjonsmekanismar - Miljø (vatn, aggressiver, mikro-organismar) - Konsekvensar for regelverk/standard etc - Vegar vidare

Page 19: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Alunskifermiljø (XSA)

Norwegian Public Roads Administration

• Should

Åkebergveien, Oslo 2000: Thaumasite hadde erstatta C-S-H in stålfiberarmert sprøytebetong basert på sulfatresistent sement med silikastøv 13 år gammal

Avskaling langs lag sterkt nedbrutt av thaumasitt sulfat angrep (TSA ) og intern karbonatisering i form av Popkorn-calsitt (PCD): Stålfibrane var fullstendig øydelagt

Thaumasitt «eter» sementpasta

1-2 cm sone: full nedbryting

Statens vegvesen

Page 20: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Ferskvatn +Alunskifermiljø

Norwegian Public Roads Administration

Locality (n) pH Cl–

mg/L NH4

+ μg/L

NO3–

μg/L SO4

2- mg/L

HCO3-

mg/L

Na+ mg/L

K+ mg/L

Mg2+ mg/L

Ca2+ mg/L

Exposure classes: NS-EN-206-1

Lier (1) 8.18 2.8 < 5 < 1 22.3 173 15.0 0.79 12.1 44.5 X0(XA1?)/XC1

Harpefoss (4)

5.7-6.1

12.2-16.9

n.a. < 1. 102-111 n.a. 3.2-11 0-7.8 1.5-3.9 38.5-59.9

X0/XC1

Freifjord, f (2)

7.0-9.16

24-26 n.a. n.a. 124-146 n.a. 168 5.8 0.89-1.0 2.54-13.3

X0/XC2

Byfjord, f (1)

8.33 260 < 5 465 51.2 141 193 14.3 15.4 14.6 X0/XC2

Oslofjord, f (3)

7.43-8.16

9.4-123 <5-41 55-570

13.3-21.1

64 -165

12.8-76.3

1.6-3 2.98-5.57

20.7-39.6

X0/XC2

Åkeberg (1)

7.6 29 n.a 25000 1841 274 26 22 110 615 XSA (XA2)/XC2

Ekeberg (2)

7.0 10 n.a 14000-18000

592-2031

56 -100

25-43 16-22 20-74 106-574

XSA (XA2)/XC2

Svartdal (1)

6.84 18.7 100 300 541 67 44.4 9.09 21.4 172 XSA (XA1)/XC2

Statens vegvesen

Page 21: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Locality

pH Cl– mg/L

NH4+

μg/L NO3

– μg/L

SO42-

mg/L HCO3

- mg/L

Na+ mg/L

K+ mg/L

Mg2+ mg/L

Ca2+ mg/L

Exposure classes: NS-EN- 206-1

Freifjord 5.5- 7.33

5110- 19900

<5-96 81-1335 410- 2710

23 -101 1680- 8550

11-36.9 158- 1310

1340- 4040

XA1- XA3/XC2 & XS2

Flekkerøy 7.12- 8.07

11100- 27900

<5-8100 56- 47000

1380- 2600

43 -146 5080- 12800

136-369 745- 1420

429- 3100

XA2- XA3/XC2 & XS2

Byfjorden 7.50- 8.15

1000- 50200

119- 7400

290- 52000

50-3830 41-151 5720- 27800

50.7- 507

998- 3280

562- 1660

XA2- XA3/XC2 & XS2

Oslofjord 6.64- 7.83

16900- 19300

5- 5-1535 2550- 2740

132 – 161

8640- 9300

160-348 1180- 1340

394- 1360

XA3/XC2 & XS2

Seawater Oslofjord

7.74 18600 < 5 146 2630 144 10800 390 1370 413 (XA3)

Norwegian Public Roads Administration

Saline grunnvatn i undersjøiske tunnelar

Statens vegvesen

Page 22: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Bakterielt angrep: Oslofjord tunnelen (ca <0.1 to 10 mm/år): lokalt sterk nedbryting

Fe-biomats on Mn-crusts growing from saline waters. Overall process had destroyed concrete and steel fibres

σcomp = 50-60 MPa

Situation at age = 5 years

Forsuring til pH = 5.5-6.5 (bakgrunns pH = 7.5-8 i g runnvatnet)

Statens vegvesen

Page 23: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

3

2

Ca = 1110 mg/L pH = 6.89

Ca = 1360 mg/L pH =6.64

Ca = 1320 mg/L pH = 6.6

Strøm A

Strøm B

Nedstrøms Ca- anriking i vatn p.g.a. nedbryting av sementpasta

1 Stagnant

Running

7.2 6.8

6.6 6.4-6.6

6.4

6.2-6.4 6.4 6.2 6.4

6.6 3

1 2 Mobilt vatn er meir aggressivt enn statisk

vatn

Liknar sjøvatn -Sulfat -Klorid -Magnesium -Bicarbonat pH varierte mellom 5.5 – 7 med tida

Statens vegvesen

Page 24: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Mn og Fe bakteriar (biofilm) bryter ned frå utsida (hhv mørk & rustfarga)

Norwegian Public Roads Administration

Nedbryting under biofilm

Mn-oksyd blir danna av Mn-bakteriane

(dominerande pH ca 6-6.2)

Stålfiberkorrosjon pga Gallionella ferruginea

(pH ca 5.5-6) + klorid m.m.

Intakt betong (pH > 12-13) Bare overflatekorroderte

stålfibrar

Statens vegvesen

Page 25: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

“Ferskt” slim av mangan- og jernbakteriar

Norwegian Public Roads Administration

Gallionella ferruginea og Fe(OH)2

Leptothrix discophora (?) Mn-bakt dannar biomineral O/Mn = 2.48

O/Fe = 2.89

O/Mn = 2.57

O/Mn = 2.14

Mn-skorpe

O/Fe = 3.00 O/Fe = 2.88

O/Fe = 2.48

Statens vegvesen

Page 26: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Syredannande reaksjonar 1) Oksidasjon av Fe2+ and Mn2+ til Fe 3+ and Mn 4+ (gir syre: H+) (også reduksjon av Fe3+ og Mn4+ av organisk materiale djupare inni biofilm) 2) Mellombels reduksjon av sulfat: 2CH2O + SO4

2- H2S* + 2HCO3- (* lokalt også Fe-sulfid) Sulfid blir vidare

oksidert til svovelsyre 3) 2Fe2+ + MnO2 + H2O 2FeOOH + Mn 2+ + 2H+ (stålfibrar bidrar med Fe 2+ og mørke skorper bidrar med Mn4+) 4) Organiske syrer Carboxylsyre frå nedbryting av bakteriar 5) Karbonsyre (pH= 5-6: 90 % til 50% av tot. oppløyst karbonat er H2CO3*) Basert på petrografi, SEM, vasskjemiks analyse, S and C stabil isotopar etc.)

Statens vegvesen

Page 27: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Nedbryting under biofilmar, delvis frå bergsida (abiotisk)

Mg trenger inn frå sjøvatnet: svekker sementlimet (M-C-S-H)

Intakt sementlim

Thaumasitt sulfatangrep (TSA)

Fullstendig nedbryting av sementpasta pga av thaumasitt

(E) Brucitt (Mg(OH)2) & stålfiberkorrosjon (F) + Mykje indre karbonatisering! Senker pH i porevatnet (= ikkje særleg bra over tid)

Statens vegvesen

Page 28: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Norwegian Public Roads Administration

Gipsutfellingar dukka opp på overflater etter ei tid: Må fjernast før ny påsprøyting for å unngå sulfatangrep/

avskaling (utført i Freifjordtunnelen)

Statens vegvesen

Page 29: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Alkalireaksjonar (ASR) er uvanlege i sprøytebetong

Norwegian Public Roads Administration

• Silikastøv (SF) er vanlegvis ekstremt godt dispergert og vil då motverke ASR

• Tilfeldig observasjon av ASR

gel på sjeldne SF-globular (udispergert)

• Elles, nokre få eksempel på

ASR, men ikkje i skadeleg omfang

50 μm

ASR gel

SF

SF

Statens vegvesen

NB! Mesteparten av tilslaga var i tillegg ikkje-reaktive!

Page 30: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Trekk i tunnel fører til at vatnet blir meir aggressivt

Norwegian Public Roads Administration

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000

Cl- (mg/L)

Mg

(mg/

L)

XA1

XA2

XA3

Seawater mixing

XS2 to XS3

Fordamping

Statens vegvesen

Page 31: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000

Cl mg/l

δ2 H

Hydrogen og oksygenisotopar viser kor mykje

Norwegian Public Roads Administration

Miksinglinje av sjøvatn og ferskvatn

Fordamping

Sjøvatn

Opphavleg salinititet

Saliniten kan auke 10x p.g.a. fordamping i tunnelrommet!

Statens vegvesen

Frå fjell

På platetak rett ved

Page 32: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Depth beneath sea level (m)

Sur

face

Mn-

Fe +

Ca

100 % 76 % 73 % 40 %

Statens vegvesen

Innverknad av vatn/hydrogeologi på sprøytebetong som bergsikring

Ytre påverknad av undersjøisk angrep aukar med sjødjupet (hydraulisk gradient) Flekkerøytunnelen pr.1996 (betongalder 8 år)

Trykkstyrken blir noko svekka i takt med drypplekkasje (i % av tunnelarealet)

Page 33: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Varige konstruksjonar – Teknologidagane 23. oktober 2013

Sprøytebetong – Kva kan vi seie om levetid i 2013?

- Alunskifer: sulfatangrep reduserer levetida, særleg det er kombinert med svovelsyre (< truleg 25år) - Undersjøisk miljø: Mest problematisk der bakterialt angrep og angrep frå salt grunnvatn foregår samtidig (< truleg 25 år) - Ferskvatn: ikkje særlege problem, men bør auke kunnskapen.

Kvar tunnel har si eiga problemstilling Varige konstruksjonar bør etablere monitor-lokalitetar for lang tids overvakingi typiske tunnelar. Vi har alt eit testfelt i Oslofjordtunnelen

Page 34: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Varige konstruksjonar – Teknologidagane 22. oktober 2013

Oslofjord testfelt: laser scanning av tre testfelt for sprøytebetong som bergsikring (2010).

Skal bore ut i 2015 og 2020

Page 35: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Reseptar i Oslofjord testfelt: Sprøytebetong og utplasserte prøver

Mixes M45S/Field 1 M45P/Field 2 M40S/Field 3 Cement (kg) Norcem Std FA

1014 Norcem Std FA 1014

Norcem Std FA 964

w/b 0.43 0.43 0.39 Silica fume (kg) 41 41 96 Sand (0-8 mm) 2961 2961 3018 Air entrain. (kg) 3.4 3.4 2.8 SP (kg) 9.1 9.0 12 PP-fibre (kg) 6 6 Steel fibre (kg) 40 - 40

Statens vegvesen

Page 36: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Oslofjord testfelt

Mn-Fe bakteriane invaderte dei nye betongoverflatene etter få dagar!

Statens vegvesen

Page 37: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Prøver eksponert for korrosiv-vassmetta luft

Statens vegvesen

Page 38: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Grøft A – Eksponerte for rennande rustfarga vatn med bakteriar

Statens vegvesen

Page 39: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Grøft A – Eksponerte for rennande rustfarga vatn med bakteriar

Statens vegvesen

Page 40: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Grøft B – Eksponerte for Mn og Fe rikt stagnerande vatn

Statens vegvesen

Page 41: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Vasskjemien endrar seg med tida! Sample date 2010-March 2011-April Ditch A Ditch B Ditch A

From pipe Ditch A

Downstream Ditch B

Sample nr. Oslof-1-2011 Oslof-2-2011 OT-1-2011 OT-1b-2011 OT-2-2011 pH 6.53 7.44 7.65 7.41 7.58 Conductivity 4660 4710 4529 4529 4433 Alkalinity 2.592 1.402 2.451 2.239 2.520 HCO3

- 158 86 150 137 154 NH4

+ 1.810 1.470 1.260 0.096 0.179 NO3

- < 0.020 < 0.020 <0.100 1.310 1.200 TOC 0.69 0.87 0.92 1.3 28 P < 0.05 < 0.05 0.059 0.12 0.33 K 310 336 350 350 300 Na 9720 9740 10300 10300 9940 Cl- 17800 17800 18600 18700 18200 SO4

2- 2480 2480 2560 2550 2500 Ca 448 412 421 422 791 Mg 1140 1180 1160 1170 1200 Mn 1.62 1.31 1.27 1.72 28 Fe 0.420 0.023 1.53 27.5 238 Al < 0.005 < 0.005 < 0.005 0.350 11.100 As < 0.03 < 0.03 < 0.03 0.037 0.063

Statens vegvesen

Page 42: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Vidare undersøkingar i framtidige prosjekt • ”Kriminalteknisk” tilnærming, ein fordel i mange tilfelle • Analyser forvitringsprodukt (nøkkel til å forstå kva som foregår) • Analysere lokalt vatn (kor godt står betongen seg mot aggressivt vatn?) • Stort behov for ordnære data (sugporøsitet, styrke, etc, etc.) • Bakteriell nedbryting (korleis påverkar dei kjemien?) • Ta utgangspunkt i veldokumentert betong (resept etc. etc.) - Undersøke intakt betong og påverka betong: begge deler viktig!! - Ulik alder på betongane vi undersøker (tidslinje) - Ikkje vektlegge resultat frå for gammal spr. bet. teknologi ( Utfordringar: - Kvar tunnel har si problemstilling (levetid?) - Effekt av bergmasse (Q-verdi?, er nedbroten betong påverka av dynamiske

laster?) - Heftsona!!!! (kor stort areal har heft?, Årsaker til dårleg heft? ) - Finne gode monitorlokalitetar for lang tids overvaking i «typiske miljø»

Statens vegvesen

Page 43: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Nyttige opplysningar frå regionane framover:

Varige konstruksjonar – Teknologidagane 22. oktober 2013

• Tilstandsrapportar (systematisk vedlikehald) • Tekniske rapportar • Tidspunkt for reparasjonar/rehabilitering m.m. (før og nå) • Stengetid! Når kan vi komme inn? (ikkje alltid like lett å finne

ut) Den som er oftast i ein og same tunnel veit mest! - Kva har du sett? (foto) - Miljølaster på staden (lekkasjar, bergforhold, trafikk/støv, m.m.) - Kor er det nedbryting av betong?/kor er betongen intakt?

Page 44: Erfaringar med bruk av sprøytebetong Erfaringar med bruk av sprøytebetong . Per Hagelia Tunnel og betongseksjonen – TMT Vegdirektoratet . Varige konstruksjonar – Teknologidagane

Takk!

Varige konstruksjonar – Teknologidagane 22. oktober 2013