0 Generelt

Fig. 221

Karakteristisk rissmønster på et søylefundament for en 40 år gammel bro. Riss forårsaket av alkalireaksjoner danner gjerne et nettverk, og møtes i såkalt trebeinsmønster (krakeleringsriss). Foto: SINTEF Byggforsk

01 Innhold

Dette bladet omhandler alkalireaksjoner i betong. Det beskriver kort hva alkalireaksjoner er og gir oversikt over skademekanismer, typiske skader, samt material- og miljøparametre som påvirker reaksjonsprosessen.

Bladet beskriver også norsk regelverk og prøvemetoder utarbeidet for å unngå skader på nye betongkonstruksjoner.

02 Bakgrunn

Alkalireaksjoner er en av de mest alvorlige nedbrytingsmekanismene for betongkonstruksjoner. Selve skademekanismen har vært kjent internasjonalt siden begynnelsen av 1940-tallet. I Norge trodde man helt fram til slutten av 1980-tallet at man ikke hadde problemet, selv om det ble dokumentert slike skader på norske betongkonstruksjoner allerede på slutten av 1970-tallet [521].

De siste 15 årene har det kontinuerlig pågått forskning på alkalireaksjoner i Norge, i nær kontakt med internasjonale fagmiljøer.

Prøvemetoder for å dokumentere alkalireaktivitet av norske tilslag ble første gang utarbeidet i 1993 [522]. Dagens regelverk for nystøping av betong inneholder krav til tilslag og betong for å sikre tilstrekkelig bestandighet mot alkalireaksjoner, se pkt. 4 og [523].

03 Definisjoner

– Mineral: naturlig homogent krystallinsk faststoff som danner bergarter

– Bergart: faststoff som hovedsakelig er sammensatt av ulike mineraler

– Amorft faststoff: faststoff som ikke er sammensatt i regelmessig (krystallinsk) form, for eksempel glass

– Tilslag: delmateriale i betong, som naturlig sand og singel, knust bergart/pukk eller lettklinker

– SiO2: silisiumdioksid, forekommer krystallint som kvarts

– Petrografi: læren om bergarters sammensetning

– Krystallstruktur: regelmessig system av atomer eller molekyler

– Bindemiddel: blanding av sement, vann, tilsetningsstoffer og tilsetningsmaterialer (type II)

– Tilsetningsmaterialer: finfordelte uorganiske materialer som tilsettes betongen for å oppnå eller forbedre visse egenskaper. Type I er inerte, mens type II er kjemisk reaktive, for eksempel pozzolaner som silikastøv eller flygeaske, eller latent hydrauliske (slagg)

– Pozzolan: mineralsk tilsetningsmateriale som har bindemiddelegenskaper når det brukes sammen med sement

– Latent hydraulisk tilsetningsmateriale: tilsetningsmateriale som ved aktivering danner et bindemiddel med tilsvarende egenskaper som sementpasta

– Silikastøv: rensestøv fra produksjon av silisium/ferro-silisium

– Flygeaske: støv fra avgasser i kullkraftverk

– Slagg, masovnslagg: biprodukt fra stålverk

– Alkalier: kalium (K) og natrium (Na), grunnstoffer

– Gel: løsning av mikroskopiske partikler som har fått faststoffkarakter, det vil si koagulert kolloid løsning. Kan brukes både om reaksjonsprodukter fra alkalireaksjon (alkalisilikagel) og reaksjonsprodukt mellom sement og vann (sementgel)

04 Henvisninger

Standarder:

NS-EN 206-1 Betong – Del 1: Spesifikasjon, egenskaper, fremstilling og samsvar

NS-EN 12620 Tilslag for betong

Byggdetaljer:

520.024 Tilslagets innvirkning på betongens egenskaper

520.026 Viktige parametrer for prosjektering og utførelse av bestandige betongkonstruksjoner

520.032 Optisk analyse av betong. Planslip og tynnslip

572.115 Tilslagsmaterialer for betong

572.204 Sement. Typer og egenskaper

Byggforvaltning:

720.063 Alkalireaksjoner i betong. Skader og utbedring

1 Typer alkalireaksjoner

11 Terminologi

I Norge brukes betegnelsen alkalireaksjoner (AR) om skadelige reaksjoner mellom kvartsholdig tilslag og alkaliioner i sementpasta. Internasjonalt brukes begrepene ”Alkali Aggregate Reactions” (AAR) eller ”Alkali Silica Reactions” (ASR). Det er vanlig å dele alkalireaksjoner inn i hurtige eller langsomme reaksjoner, avhengig av type tilslag. Internasjonal litteratur opererer også med betegnelsen alkalikarbonatreaksjoner, ”Alkali Carbonate Reactions” (ACR), der det er karbonatholdige bergarter som reagerer.

12 Langsomme alkalireaksjoner

Langsomme alkalireaksjoner er reaksjoner med kvartsholdige bergarter der kvartskornene er krystalline og meget finkornete, eller der kvartskornenes opprinnelige, regelmessige krystallstruktur er delvis ødelagt som følge av geologiske omdannelsesprosesser. Det er kun denne reaksjonsformen som er dokumentert i Norge. Se nærmere omtale av norske alkalireaktive bergarter i pkt. 32.

13 Hurtige alkalireaksjoner

En hurtig alkalireaksjon er en reaksjon der amorf SiO2 eller svært finkornet kvarts i tilslaget reagerer. Eksempler på slike tilslag er opal, flint og glass. Reaksjonsformen er kjent i flere land, blant annet i Danmark. I Norge er reaksjonsformen kun observert ved bruk av nedknust glass som tilslag.

14 Alkalikarbonatreaksjon

Alkalikarbonatreaksjon er den minst vanlige typen av alkalireaksjoner og er bare registrert i forbindelse med dolomittholdige bergarter. Slike reaksjoner er ikke dokumentert i Norge. Å vurdere risiko for alkalikarbonatreaksjoner er ikke inkludert i norsk regelverk.

Det eksisterer ulike oppfatninger av reaksjonsmekanismen, og det pågår omfattende arbeid internasjonalt for å klarlegge reaksjonsmekanismene [524], i tillegg til at det arbeides med å etablere egnede prøvemetoder. Alkalikarbonatreaksjon er ikke behandlet nærmere i dette bladet.

2 Skademekanisme

21 Reaksjonsprosess

En alkalireaksjon er en kjemisk-fysisk reaksjon i betong mellom alkaliioner (Na+, K+) og visse typer tilslag som inneholder SiO2, det vil si kvarts. Alkalier og kalsiumhydroksid (Ca(OH)2) gir høy pH i betongens porevann, altså basisk (alkalisk) miljø. Den kjemiske prosessen består i at alkalier og høy pH øker løseligheten av SiO2  i tilslaget, slik at SiO2  delvis går i oppløsning. Reaksjonen mellom SiO2, alkalier og vann medfører geldannelse. Den fysiske prosessen består i at gelen som produseres og som er hygroskopisk, tar opp vann. Vannopptaket gjør at gelen utvider seg og utøver et trykk i porer og hulrom i betongen, noe som kan medføre at betongen ekspanderer og etter hvert risser opp.

Den kjemiske og fysiske prosessen forløper samtidig i en betongkonstruksjon. Reaksjons- og svellemekanismene er meget kompliserte og fortsatt gjenstand for forskning. Selve reaksjonsforløpet styres av en rekke faktorer som fukt, alkalier, bergart/kvartsform, sementpastakvalitet og innhold av Ca(OH)2. Se også [525], [526] og [527].

22 Skader

221 Generelt. Når alle nødvendige forutsetninger for reaksjon og dannelse av gel er til stede, kan svelling av gelen føre til volumutvidelse og opprissing av betongoverflaten i et karakteristisk rissmønster, se fig. 221 (vignett). I Norge er erfaringen at det som regel tar 15–20 år før disse typiske krakeleringsrissene blir synlige.

222 Opprissing. Krakeleringsriss virker i første omgang visuelt skjemmende for en betongkonstruksjon. Alkalireaksjonen vil imidlertid også føre til intern opprissing av betongtverrsnittet, i første omgang i form av mikroopprissing i reagerte tilslagskorn og i sementpastaen, se fig. 222. Etter hvert kan omfanget av interne riss øke slik at viktige materialparametre endres. I første omgang kan betongens strekkfasthet og E-modul bli redusert, i tillegg til at permeabiliteten kan øke noe. Erfaringsmessig skal skadene utvikles langt før betongens trykkfasthet blir redusert.

Fig. 222

Planslip av betong som viser riss i tilslag og i sementpasta forårsaket av alkalireaksjoner. Foto: SINTEF Byggforsk

223 Følgeskader. Alvorlige skader på norske betongkonstruksjoner forårsaket av alkalireaksjoner er som regel knyttet til at det kan oppstå tvangskrefter ved ekspansjon av betongen. For eksempel kan tappeluker på dammer kile seg dersom alkalireaksjoner oppstår i pilarene. Det er også flere eksempler på at ekspansjonsfuger for å tillate temperaturbevegelser i betongen har blitt tette, både på broer og på platedammer.

Andre følgeskader av alkalireaksjoner vil kunne være at det åpnes for andre skademekanismer. Eksempelvis vil klorider fra sjøvann eller tinesalter kunne trenge inn i riss og forårsake armeringskorrosjon. Den generelle oppfuktingen av betongen, spesielt i tilknytning til riss, kan også føre til fryse-tine-skader.

Erfaringen med norske alkalireaktive bergarter er at skadeutviklingen øker over tid. Det fins ingen dokumenterte eksempler på at reaksjonene opphører.

224 Dokumentasjon av skadeårsak. Observerte krakeleringsriss på en betongoverflate er ikke ensbetydende med at det pågår alkalireaksjoner i betongen. Andre forhold kan gi liknende riss og sprekker, som høy herdetemperatur, tidlig uttørking, svinn, ekspansive ettringittreaksjoner og fryse-tine-skader. For å fastslå om rissene er forårsaket av skadelige alkalireaksjoner må en undersøke betongkonstruksjonen nærmere både i felt og ved laboratorieundersøkelse av utborede kjerneprøver. Laboratorieundersøkelsene går ut på visuell observasjon av betongkjernene og strukturundersøkelse av betongen ved hjelp av plan- og tynnslipsmikroskopering, se Byggdetaljer 520.032.

3 Reaksjonsbetingelser

31 Generelt

Som beskrevet i pkt. 21 er alkalireaksjon en kjemisk-fysisk reaksjon i betong mellom visse typer tilslag som inneholder kvarts og alkaliioner i sementpastaen. For at skadelige alkalireaksjoner skal kunne utvikles kreves i utgangspunktet tre hovedkomponenter: alkali-reaktivt tilslag, alkalier og fukt, se fig. 31. I tillegg vil mengden av kalsiumhydroksid i betongen virke inn på reaksjonen. Prosessen vil ikke starte – eventuelt vil den stoppe opp – dersom en eller flere av disse komponentene ikke er til stede i tilstrekkelig monn.

Fig. 31

Tre hovedbetingelser for at alkalireaksjoner kan utvikles i betong

Hastigheten og omfanget av alkalireaksjoner varierer fra land til land, avhengig av variasjoner i type bergarter, eksponeringsbetingelser som fukt og temperatur, og betongteknologiske forhold som alkaliinnhold i sementen.

Sentrale parametre for hastighet og omfang av alkalireaksjoner er omtalt nærmere i pkt. 32–36.

32 Tilslagets alkalireaktivitet

Klassifisering av norske bergarters alkalireaktivitet er vist i tabell 32. Tabellen er basert på omfattende undersøkelser av betongkonstruksjoner i felt. Alkalireaktive bergarter er bergarter som er dokumentert alkalireaktive i betongkonstruksjoner. Tvilstilfellene inkluderer bergarter som er av en slik karakter og beskaffenhet at de vurderes til å kunne reagere. I svært få tilfeller kan bergarter klassifisert som ikke alkalireaktive reagere, men det skjer helt unntaksvis og gjerne under ekstreme forhold.

Tabell 32

Klassifisering av norske bergarters alkalireaktivitet, fra [528]

Mengden alkalireaktive bergarter som skal til i tilslaget for å få skade på betongkonstruksjoner, er omdiskutert. Flere undersøkelser utenlands, både i laboratorier og felt, har vist at skadene ikke blir størst ved maksimum innhold av alkalireaktive bergarter, men at det fins såkalte "pessimum"-verdier som gir størst skade. Dette gjelder imidlertid primært for hurtigreagerende tilslag. For disse tilslagene er det dokumentert størst skadeomfang for innhold av alkalireaktive bergarter i området 5–30 %. Slike ”pessimum”-effekter er imidlertid ikke dokumentert for norsk tilslag, men i flere andre land, for eksempel Danmark, Storbritannia og USA.

I Norge er erfaringene at økende innhold av alkalireaktive bergarter i tilslaget fører til økt skadeomfang. I Norge er det også dokumentert at alkalireaktiv stein gir større skader enn alkalireaktiv sand, noe norsk regelverk tar hensyn til, se pkt. 43.

33 Alkaliinnhold i betongen

Sementen er den viktigste kilden for syreløselige alkalier i betongen. Alkaliinnhold i sementen regnes som masseprosent Na2O-ekvivalent mengde, som man finner av uttrykket:

% Na2O ekvivalent = % Na2O + 0,658 % K2O

Utregningen tar hensyn til at K2O har større molekylvekt enn Na2O.

Norsk Portlandsement har tradisjonelt hatt et relativt høyt innhold av alkalier, over 1 %, det vil si betydelig høyere enn 0,6 % Na2O ekvivalent, som er den øvre grensen for alkaliinnhold i en såkalt lavalkalisement. En oversikt over typisk alkaliinnhold i et utvalg sementer på det norske markedet er vist i tabell 33. Lavalkalisementen Norcem Anleggsement og dens forløpere har nå i mer enn 30 år vært tilgjengelige på markedet i Norge.

Tabell 33

Alkaliinnhold i et utvalg sementer på det norske markedet

(Kilde: Norcem AS, Embra)

Alkalier kan komme fra andre kilder enn sementen: fra tilsetninger som silikastøv, flygeaske og slagg, tilsetningsstoffer og resirkulert blandevann. Disse alkaliene skal medregnes i betongens totale alkaliinnhold, se pkt. 44. Alkalier kan også tilføres utenfra etter oppføring av det aktuelle bygget (veisalting, sjøvann), eller fra tilslaget, for eksempel visse typer feltspat. Slike eksternt tilførte alkalier tas det imidlertid ikke hensyn til i norsk regelverk.

Ved bruk av pozzolane materialer eller slagg i betongen tåles erfaringsmessig et høyere alkaliinnhold før eventuelle skader oppstår, se pkt. 44. Antatt mekanisme bak pozzolanenes gunstige effekt er deres evne til å redusere porevæskens pH og binde opp alkalier.

34 Fuktinnhold

Betongens fuktinnhold er viktig både for oppløsning av kvarts, for transport av alkalier til det alkalireaktive tilslaget og for den fysisk-kjemiske svelleprosessen av gelen. Vann kan tilføres konstruksjonen ved høy relativ fuktighet (RF) i omgivelsene, ved kapillærsug (regnvann, syklisk oppfukting/uttørking) eller ved direkte vanntrykk. Det kreves et fuktinnhold i porelufta i betongen på over ca. 80 % RF for at alkalireaksjoner skal kunne utvikles. Kritisk nedre fuktinnhold varierer avhengig av flere faktorer. Reaksjonshastigheten og skadeomfanget øker med økende fuktinnhold i betongen, noe som også er bakgrunnen for at akselererte laboratoriemetoder tilsikter et fuktinnhold på ca. 100 % RF.

Feltundersøkelser av både utenlandske og norske betongkonstruksjoner viser at rissomfanget er størst i de mest fuktutsatte delene av konstruksjonene, for eksempel på fundamenter, se fig. 221 (vignett).

I en omfattende norsk feltundersøkelse ble betongens fuktinnhold målt i form av kapillær vannmetningsgrad (DCS, det vil si Degree of Capillary Suction), som angir hvor stor andel av betongens kapillærporer som er vannfylt. Undersøkelsen viste at det kreves en DCS på minst 90 % for at det skal utvikles skadelige alkalireaksjoner, samt at skadeomfanget øker med økende DCS [529].

35 Temperatur

Generelt går kjemiske reaksjoner raskere med økende temperatur. En tommelfingerregel er at reaksjonshastigheten fordobles for hver tiende grad økning i temperaturen. Denne regelen har vist seg å stemme relativt bra også for alkalireaksjoner. Total ekspansjon etter lang tid kan bli noe lavere ved høye temperaturer enn ved lave temperaturer. Det har sammenheng med gelens svelleegenskaper. Under frysepunktet vil reaksjonen stoppe opp.

I Norge fins flere eksempler på omfattende alkalireaksjonsskader på konstruksjoner utsatt for konstant høy temperatur og fuktighet, som svømmebassenger og meieridekker. Det fins også eksempler på at utvendige konstruksjoner har større skader på solsiden eller på de delene som er utsatt for sykliske temperaturvariasjoner og oppfukting/uttørking enn andre deler av konstruksjonen.

36 Alkaligelens svelleegenskaper

Omfanget av ekspansjon og opprissing er blant annet betinget av alkaligelens svelleegenskaper. Svelleegenskapene avhenger av flere faktorer, som alkaligelens kjemiske sammensetning og temperaturen.

Det er mulig å blande inn litium i betongen for å gjøre alkaligelen mindre svellende. Dette er ett av flere mulige preventive tiltak for å unngå skader på grunn av alkalireaksjoner. Litium er benyttet i flere land, deriblant USA. Bruk av litium er imidlertid ikke et godkjent forebyggende tiltak i henhold til norsk regelverk, se pkt. 4. Det er også gjort forsøk internasjonalt med å benytte litium ved rehabilitering av eksisterende betongkonstruksjoner med alkalireaksjoner, men det har vist seg å være problematisk å få litium til å trenge tilstrekkelig langt inn i betongen.

4 Regelverk ved nybygging

41 Generelt

411 Internasjonalt. Forskjellige land har til dels svært varierende syn på i hvilken grad de selv har et alkalireaksjonsproblem. De nasjonale regelverkene er også forskjellige når det gjelder detaljeringsgrad, bruk av dokumentasjonsmetoder og kravspesifikasjoner. For å kunne samordne landenes dokumentasjonsmetoder pågår det et betydelig internasjonalt arbeid, hvor Norge deltar aktivt, ikke minst innen RILEM, se pkt. 421. Betongmaterialstandarden for EØS-området, EN 206-1, overlater til hvert enkelt land å innføre regler for alkalireaksjonsproblematikken.

412 Norsk regelverk. Det nasjonale tillegget til NS-EN 206-1 krever at delmaterialer og betongsammensetning skal tilfredsstille kravene i Norsk Betongforenings Publikasjon nr. 21 [523]. Publikasjonen er derved et normativt referansedokument med tilsvarende status som standarden. Spesifikasjonsdelen av publikasjonen er forutsatt å dekke kravene til sikkerhet og funksjon for permanente konstruksjoner med tiltenkt levetid fra 25 til 100 år. [523] gjelder også for sprøytebetong. Konstruksjoner hvor det er stilt spesielle krav til estetisk utseende (monumentalbygg som operaen i Bjørvika er et eksempel), og konstruksjoner som står i svært alkalireaksjonsakselererende miljø (for eksempel basseng med høy vanntemperatur) dekkes imidlertid ikke fullt ut. Prøvemetoder og krav til laboratorier er gitt i [528], se nærmere omtale i pkt. 42.

413 Prinsipp for sikring. Betong anses å være sikret mot skadelige alkalireaksjoner dersom minst én av følgende forutsetninger er oppfylt [523]:

– Tilslaget er dokumentert ikke-alkalireaktivt, se pkt. 43.

– Bindemidlet har en sammensetning som sikrer mot skadelige alkalireaksjoner, se pkt. 44.

– Eksponeringsmiljøet for betongen er tilstrekkelig tørt, se pkt. 414.

414 Eksponeringsmiljø. All utendørs betong skal anses for å ha fuktighet som gir risiko for alkalireaksjoner. Det samme gjelder innendørs betong med tykkelse over eller lik 0,5 m, og innendørs konstruksjonsdeler som kan bli utsatt for fukt, for eksempel golv på grunnen eller betong som ikke tillates å tørke ut tilstrekkelig. Innendørs betong i permanent tørt og oppvarmet miljø og med tykkelse mindre enn 0,5 m, vil over tid få en RF under 80 % og skal derfor anses å være sikret mot alkalireaksjoner, uansett tilslags- og bindemiddelsammensetning. Se [523].

42 Laboratoriemetoder

421 Generelt. For å dokumentere alkalireaktiviteten til et tilslag eller en tilslagsblanding er det i norsk regelverk tillatt å benytte tre ulike laboratoriemetoder [528]. Betongprismemetoden, se pkt. 424, kan også brukes til å dokumentere alkalireaktiviteten til bindemidler og/eller spesifikke betongresepter, se pkt. 44. All prøving skal utføres i sertifisert laboratorium.

Innenfor RILEM pågår det et omfattende internasjonalt arbeid for å samordne de forskjellige nasjonale regelverkene, spesielt når det gjelder prøvemetoder. På sikt vil de metodene som utvikles gi et grunnlag for å harmonisere prøvemetoder for alkalireaksjoner innenfor Europa.

422 Petrografisk analyse  er første trinn i å undersøke alkalireaktiviteten til et tilslag. Analysen skal utføres for alle enkelttilslag før de benyttes i betong. Petrografisk analyse utføres ved at tynnslip av tilslaget punkttelles i polarisasjonsmikroskop. For sandtilslag undersøkes fraksjonene 2/4 og 1/2 mm. Steintilslag (pukk og singel) knuses ned, og fraksjonen 2/4 mm undersøkes. Etter analysen grupperes bergartstypene ut fra alkalireaktivitet i kategoriene som er angitt i tabell 32. Dersom innholdet av risikobergarter er mindre enn 20 % (sammenlikningsverdi fra [523]), klassifiseres tilslaget som ikke-alkalireaktivt, se pkt. 43. Petrografisk analyse gir dokumentasjon som er gyldig for bruk av det aktuelle tilslaget uten begrensning på alkalinivå i betongen. Dersom innholdet av risikobergarter overstiger eller er lik 20 %, klassifiseres tilslaget som alkalireaktivt. Man kan om nødvendig undersøke tilslaget nærmere med mørtelprismemetoden eller betongprismemetoden, som vil overprøve resultatet fra den petrografiske analysen.

423 Mørtelprismemetoden. Ved mørtelprismemetoden bestemmes ekspansjon av mørtelprismer på 40 mm x 40 mm x 160 mm. Prismene lagres neddykket i kar med væske med høyt alkaliinnhold (1 M NaOH) og høy temperatur 80 °C. Disse lagringsbetingelsene virker svært akselererende på utviklingen av eventuelle alkalireaksjoner. Metoden kan benyttes for å vurdere alkalireaktivitet av både sand, stein og blandet tilslag. Målt ekspansjon etter 14 døgns lagring i den alkaliholdige væsken sammenliknes med kritisk grenseverdi, se tabell 43. Differensierte grenseverdier tar hensyn til at alkalireaktive steintilslag er mer skadelige enn alkalireaktive sandtilslag.

Metoden gir dokumentasjon som er gyldig for bruk av det aktuelle tilslaget uten begrensning på alkalinivå i betongen. Dersom et tilslag blir klassifisert som alkalireaktivt etter mørtelprismemetoden, kan resultatet overprøves med betongprismemetoden.

424 Betongprismemetoden. Ved betongprismemetoden  bestemmes ekspansjonen av betongprismer på 100 mm x 100 mm x 450 mm. Prismene luftlagres i kar med 100 % RF og temperatur på 38 °C. Metoden kan benyttes for å vurdere alkalireaktivitet både av sand, stein og blandet tilslag. Målt ekspansjon etter ett års eksponering sammenliknes med kritisk grenseverdi, se tabell 43. Ved prøving av enkelttilslag, det vil si et potensielt alkalireaktivt sand- eller steintilslag, benyttes det henholdsvis et referansesteintilslag eller et referansesandtilslag som inneholder så lite alkalireaktivt materiale at bidraget til ekspansjon er neglisjerbart. I praksis kan tilslag som er karakterisert som ikke-alkalireaktivt imidlertid gi et ikke ubetydelig ekspansjonsbidrag. Ved prøving av enkelttilslag tillates det derfor mindre ekspansjon enn ved prøving av spesifikke blandinger av sand og stein (det vil si alkalireaktiviteten til det samlede tilslaget ønskes vurdert). Ved alle prøvinger av tilslag benyttes det et konstant alkalinivå i betongblandingene. Dokumentasjonen av de prøvde tilslagene er kun gyldig opp til og med dette alkalinivået.

I motsetning til mørtelprismemetoden kan betongprismemetoden også benyttes til funksjonsprøving, det vil si prøving av alkalireaktivitet av ulike bindemiddeltyper og konkrete kombinasjoner av tilslag og bindemiddel, se pkt. 443.

43 Ikke-alkalireaktivt tilslag

For å fastslå om et tilslag er å anse som alkalireaktivt, må det enten foreligge langtidserfaring fra bruken av det i henhold til [528], eller det må foreligge dokumentasjon fra godkjente laboratorieundersøkelser, se pkt. 42.

Tabell 43 oppgir kritiske grenseverdier som gjelder ved prøving med henholdsvis petrografisk analyse, mørtelprisme- og betongprismemetoden. Krav og beregningseksempler for kombinasjoner av ulike tilslagsmaterialer fins i [523].

Tabell 43

Kritiske grenseverdier for de ulike laboratoriemetodene [528] ved dokumentasjon av alkalireaktivitet av et enkelttilslag eller en tilslagsblanding, fra [523]

1) For at enkelttilslag eller tilslagsblandinger skal bli klassifisert som ikke-alkalireaktive, kreves verdier lavere enn de kritiske grenseverdiene oppgitt i tabellen.

2) Sammenlikningsverdi (Sv) skal sammenliknes med kritisk grenseverdi. Metode for beregning av Sv er gitt i [523].

3) Målt ekspansjon etter 14 døgns eksponering skal sammenliknes med kritisk grenseverdi.

4) Målt ekspansjon etter ett års eksponering skal sammenliknes med kritisk grenseverdi.

5) En sand eller en sandblanding skal prøves sammen med et ikke-alkalireaktivt referansesteintilslag. En stein eller en steinblanding skal prøves sammen med et ikke-alkalireaktivt referansesandtilslag.

6) Maksimalt 15,0 % tillates å komme fra steintilslaget.

44 ”Sikre” bindemidler

441 Generelt. I stedet for å bruke en dokumentert ikke-alkalireaktiv tilslagsblanding i betongen, kan man benytte et bindemiddel med en sammensetning som sikrer mot skadelige alkalireaksjoner. Øvre tillatte alkaliinnhold i betong framstilt med Portlandsement er oppgitt i pkt. 442. For høyere alkaliinnhold og/eller ved bruk av andre bindemidler kan betongprismemetoden benyttes til å dokumentere et øvre tillatt alkaliinnhold i betongen, se pkt. 443.

442 Portlandsement. Dersom beregnet totalt innhold av syreløselige alkalier i betong med Portlandsement (CEM I, NS-EN 197-1) er lavere enn, eller lik 3,0 kg Na2O ekvivalent per m³ betong, anses betongen å være sikret mot skadelige alkalireaksjoner framstilt med alle typer/mengder alkalireaktive norske tilslag uten ytterligere dokumentasjon.

Dette kravet ble i første omgang satt ut fra internasjonal erfaring, men har senere vist seg å samsvare godt med norske felt- og laboratorieerfaringer [529].

443 Funksjonsprøving. I henhold til [523] kan betongprismemetoden benyttes til prøving av alkalireaktivitet av ulike bindemiddeltyper og/eller konkrete kombinasjoner av tilslag og bindemiddel, herunder også resepter for sprøytebetong. Dokumentasjon framskaffet ved slik funksjonsprøving er ikke gyldig for betong med en sammensetning som skal anses som mer alkalireaktiv enn den betongen som prøvingen er utført med.

Ved prøving av bindemidler kan det dokumenteres et øvre tillatt totalt alkaliinnhold i betongen for generell sikring mot skadelige alkalireaksjoner, forutsatt at disse bindemidlene ønskes benyttet til framstilling av betong med alle typer/mengder alkalireaktive norske tilslag. I laboratorieundersøkelsene er det lagt inn en ekstra sikkerhet ved at det benyttes en tilslagskombinasjon som er noe av det mest alkalireaktive som vi kjenner til i Norge. Siden [523] kom i 2004, er det foretatt slik funksjonsprøving av flere blandingssementer som innholder flygeaske eller slagg, av ulike kombinasjoner av sementer, og av ulike sementer i kombinasjon med silikastøv eller støv av lettklinker.

En oppdatert oversikt over dokumenterte bindemidler og tilhørende grenseverdier for maksimalt tillatt alkaliinnhold for produksjon av ikke-alkalireaktiv betong blir fortløpende oppdatert av Norsk Betongforening og lagt ut på deres hjemmesider www.betong.net (se vedlegg C i [523]).

444 Eksempel på dokumenterte bindemidler. På grunnlag av funksjonsprøving er det utarbeidet resepter som angir maksimale sementmengder i kg per m3 betong for å unngå skadelige alkalireaksjoner i betong framstilt med alkalireaktivt tilslag, se tabell 444.

Tabell 444

Anbefalte øvre bindemiddelmengder for å unngå alkalireaksjoner i betongkonstruksjoner framstilt med norskprodusert sement og alle typer/mengder alkalireaktive norske tilslag (kilde: Norcem AS)

1) Forutsetter maks 0,5 % alkalier i silikastøvet

Et annet eksempel på et dokumentert ”sikkert” bindemiddel tilgjengelig på det norske markedet er Embra miljøsement (CEM II/B-S). Denne sementen kan benyttes i kombinasjon med norske alkalireaktive tilslag opp til et alkaliinnhold på 4,0 kg/m3 Na2O-ekvivalent.

5 Referanser

51 Utarbeidelse

Bladet er utarbeidet av Jan Lindgård, med assistanse fra Marit Haugen og Per Arne Dahl. Det erstatter blad med samme nummer, utgitt i 1996. Fagredaktør har vært Ole Mangor-Jensen. Faglig redigering ble avsluttet i oktober 2007.

52 Litteratur

521 Kjennerud, A. Alkaligrusreaksjoner påvist i Norge: Skadene mer vanlig enn antatt? Plan og bygg, bind 26, nr. 1, 1978. NBI særtrykk 259, Norges byggforskningsinstitutt. Oslo, 1978

522 Lindgård, J.; Dahl, P.A. og Jensen, V. Bergartsammensetning – alkalireaktive tilslag – Beskrivelse av prøvingsmetoder og krav til laboratorier. Rapport STF70 A93030, SINTEF Konstruksjoner og betong. Trondheim, 1993

523 Norsk Betongforening. Bestandig betong med alkalireaktivt tilslag. Norsk Betongforenings Publikasjon nr. 21. Oslo, 2004

524 Katayama, T. Modern Petrography of Carbonate Aggregates in Concrete – Diagnosis of So-Called Alkali-Carbonate Reaction and Alkali-Silica Reaction. Proceedings from Marc-André Bérubé Symposium, side 423–444. Montreal, Canada 2006

525 Jensen, V. Alkali Aggregate Reaction in Southern Norway. Dr.techn.-avhandling, Norges Tekniske Høgskole, institutt for geologi. Trondheim, 1993

526 Gran, H.C. Alkalitilslagsreaksjoner i betong. Kjemiske aspekter. Prosjektrapport 194, Norges byggforskningsinstitutt. Oslo, 1995

527 Wigum, B.J. Alkali-Aggregate reactions in concrete. Properties, classification and testing of Norwegian cataclastic rocks. Dr.ing.-avhandling, Norges Tekniske Høgskole. Trondheim, 1995

528 Norsk Betongforening. Alkalireaksjoner i betong. Prøvingsmetoder og krav til laboratorier. Norsk Betongforenings publikasjon nr. 32. Oslo, 2005

529 Lindgård, J. og Wigum, B.J. Alkalireaksjoner i betong – felterfaringer. Rapport STF22 A02616, SINTEF. Trondheim, 2003

530 Bensted, J. og Barnes, P. Structure and Performance of Cements, andre utgave. Kapittel ni i Hobbs, D.W. Alkali-silica reaction in concrete, side 265–281. London og New York, 2002

© SINTEF Byggforsk

Materialet i dette dokumentet er omfattet av åndsverklovens bestemmelser. Uten særskilt avtale med SINTEF Byggforsk er enhver eksemplarfremstilling, tilgjengeliggjøring eller spredning utover privat bruk bare tillatt i den utstrekning det er hjemlet i lov eller tillatt gjennom avtale med Kopinor, interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk. Utnyttelse i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar, og kan straffes med bøter eller fengsel.