7/09 Bygg & teknik by Bygg & teknik

TEMA: Sveriges Äldsta Byggtidning

Betongbyggnadsteknik

Högkvalitativ betong 1909 – 2009

100 år

Nr 7 • 2009 Oktober 101:a årgången

På naturens villkor Helgjutna betongkonstruktioner möjliggör god arkitektur, kreativa och kostnadseffektiva helhetslösningar samt rationellt arbetsutförande. Med betong bygger vi klimatsmart och klimatanpassat. Betong tål fukt, möglar inte, står stadigt när stormen blåser och kan lagra energi. SFFs helgjutetpris gick i år till HSB och Förbo för Kvarteret Halssmycket i Lerum – 80 lägenheter som vilar på pelare i den branta terrängen vilket ger en svävande känsla och fritt spelrum för den vackra naturen.

fabriksbetong.se | betongbanken.com

Bygg & teknik 7/09

Illustratรถr: Johan Toorell

Sika Sverige AB, Tel: 08-621 89 00, info@se.sika.com, www.sika.se

I detta nummer

• • • • • • • • • • • • •

Byggnytt Produktnytt Bättre bedömning av vidhäftning mellan betong och betong Johan Silfwerbrand Gjutning av vägg på platta Jan-Erik Jonasson et al Byggfrågan Utmattningsbelastad betong Rasmus Rempling et al Vibrationer i bjälklag med förspända håldäck Pia Johansson Enkelt mätsystem för mognadsgraden i betong Karin Pettersson och Payman Tehrani Högpresterande självkompakterande varmbetong Bertil Persson Vakuumbetong – en högkvalitativ och miljövänlig betong Christer Molin Vattenavvisande impregnering förlänger livslängden på betongkonstruktioner Anders Selander Rostfri stålarmering i betongkonstruktioner Bror Sederholm och Jörgen Almqvist Utvärdering av bärförmågan vid genomstansning av betongplattor med skjuvarmering enligt Eurokod 2 Mikael Hallgren Uppdatering av FE-modeller med hjälp av fältmätningar Hendrik Schlune et al Självkompakterande betong med goda brandspjälkningsegenskaper Henrik Nilsson och Hans Hedlund Fiberbetong – möjligheter och utmaningar Ralejs Tepfers Bygg & teknik 100 år

OMSLAGSFOTO: STIG DAHLIN KTH ARKITEKTURS ”BERÖMDA” FASAD, HÄR I HÖSTFÄRGER.

8 10 12 16

20 21 25

30 32 37 41

58 63 67

Chefredaktör och ansvarig utgivare: STIG DAHLIN Annonschef: ROLAND DAHLIN Prenumerationer: MARCUS DAHLIN Copyright©: Förlags AB Bygg & teknik Redaktion och annonsavdelning: Box 190 99, 104 32 Stockholm Besöksadress: Sveavägen 116, Stockholm Telefon: 08-612 17 50, Telefax: 08-612 54 81 Hemsida: www.byggteknikforlaget.se E-post: förnamn@byggteknikforlaget.se

Tryckeri: Graﬁska Punkten AB, Växjö

ISSN 0281-658X Bygg & teknik 7/09

”

ledare

Lärlingen – krisens förlorare

Den ﬁnansiella krisen och lågkonjunkturen har som bekant drabbat byggbranschen hårt i form av minskat bostadsbyggande och därmed ökad arbetslöshet, särskilt bland ungdomar. Byggindustrins yrkesutbildning inleds med tre år på byggprogrammet och fortsätter med en arbetsplatsförlagd lärlingsanställning under några år. På det här sättet har byggindustrin sett till att ge unga en utbildningsanställning. Nu slår dock lågkonjunkturen hårt även mot de som utbildats för att bli byggare, vilket leder till svårigheter för elever och lärlingar att fullgöra sin utbildning. Detta kommer på lite sikt att ge mycket allvarliga konsekvenser i form av brist på kompetent arbetskraft i byggsektorn, vilket i sin tur kommer att leda till kapacitetsbrist och ökande byggkostnader för beställarna. Det är därför vi med stor förtjusning tar del av nyheten om att ett samarbetsprojekt, som syftar till att skapa nya lärlingsplatser åt elever inom byggsektorn, dragits igång i Västsverige. I Borås har man förstått att bygglärlingar måste få praktik för att få ut sina yrkesbevis. Och vikten av att byggsektorn även framöver får tillgång till ung kvaliﬁcerad arbetskraft.

”I Borås har man förstått vikten av att satsa på bygglärlingar” Det är bakgrunden till att Borås Stads lokalförsörjningskontor, tillsammans med Wäst-Bygg AB och Regionala YrStig Dahlin keskommittén i Borås, nu startar detta mycket spännande chefredaktör lärlingsprojekt på Bredaredskolan – en ny förskola med tre avdelningar. Morgan Hjalmarsson, ansvarigt kommunalråd i Borås, betonar det mycket positiva i att kommunen, tillsammans med näringslivet, kan ordna lärlingsplatser, speciellt i en djup lågkonjunktur. Han framhåller att på detta sätt får en grupp ungdomar möjlighet till en kvaliﬁcerad utbildning och byggbranschen får en bra rekryteringsgrund. Markarbetena börjar nu i oktober och i november sker byggstarten. Tio månader senare ska den platsbyggda skolan stå färdig. Under byggets gång får de tolv till sexton lärlingarna följa ”sitt” hus och alla ingående moment.

––––––––––––––––––––––––––– Nr 1 v 4 Nr 5 v 33 ––––––––––––––––––––––––––– Nr 2 v 9 Nr 6 v 38 ––––––––––––––––––––––––––– Nr 3 v 15 Nr 7 v 43 ––––––––––––––––––––––––––– Nr 4 v 21 Nr 8 v 48 –––––––––––––––––––––––––––

Eftertryck och kopiering av text och bild ej tillåtet utan redaktionens medgivande.

Nummer 7 • 2 009 Okto ber Årg ång 101 TS-kontrollerad fackpressupplaga 2008: 6 800 ex Medlem av

Helårsprenumeration, 2009: 368 kr + moms Bankgiro 734-5531 Lösnummerpris 55 kronor

UNIVERSITETSLEKTOR/ ADJUNKT – i byggteknik, refnr CFP 127/2009

Design Funktion Säkerhet

Fullständig annons kan hämtas från universitetets hemsida: www.oru.se under rubriken Platsannonser.

Fräsch och smart design som framhäver inredningen i allmänna byggnader,

Ansökan, märkt med refnr, skickas till Registrator, Örebro universitet, 701 82 Örebro och ska vara inkommen senast den 28 oktober 2009. Av fullständig annons framgår vilka handlingar som ska bifogas ansökan.

shoppingcentra eller privata bostäder.

Tel: 0290-295 50

www.cibeslift.com

En vass gänga vår styrka Starkare och snabbare infästningar utan plugg.

Med Multi Monti gör du säkra infästningar direkt i betong, sten, tegel och andra murverk – helt utan plugg. Vår patenterade skruv med vassa sågtänder, skär gängor i skruvhålets väggar, utan sprängverkan. Du borrar mindre hål, närmare hörn och kanter med liten risk för sprickbildning. Lär dig mer på: www.heco.se

Branschunikt ETA-certifikat för innovativ funktion.

Nyhems Industriområde, 330 33 Hillerstorp. 0370 -37 51 00. www.heco.se

Bygg & teknik 7/09

Betong kräver konkret kunskap Välj våra utbildningar! Behörighet - Klass II - Klass I Tillverkning Platsgjutning Fixeringssvetsning

För information kontakta Eva Fritz, tel 031-350 55 29 eva.fritz@teknologiskinstitut.se Per Svensson, tel 031-350 55 56 per svensson@teknologiskinstitut.se

Bygg & teknik 7/09

Unik dammkonstruktion i Kiruna

Sweco har fått i uppdrag att ta fram en teknisk lösning för en ny damm i LKAB:s industriområde för gruvdrift i Kiruna. Uppdraget är enligt uppgift värt omkring tio miljoner kronor. – Sweco har mer än hundra års erfarenhet av att arbeta med vattenkraft- och dammprojekt både i Sverige och utomlands. De senaste åren har verksamheten vuxit kraftigt, inte minst när det gäller dammsäkerhetsarbetet, där vi ser ett stort behov på marknaden, säger Eva Nygren v d för Sweco Sverige. Dammkonstruktionen, den första i sitt slag i Sverige, kommer att placeras inom ett beﬁntligt dammsystem som är i full drift under hela anläggningstiden. En unik lösning som ställer stora krav på tekniskt kunnande. Till följd av gruvverksamheten i Kiruna pågår en omfattande förändring av Kirunas stadsbild, bland annat dragningen av en ny järnväg förbi Kiruna stad. Syftet med dammkonstruktionen är att ge plats åt järnvägen och avskärma industriverksamheten från järnvägsområdet. I Swecos uppdrag ingår förutom en dammteknisk lösning även att ta fram handlingar för entreprenadförfrågningar samt bygghandlingar inför ett anläggningsskede.

Hyllies mittpunkt Point Hyllie – en teknisk utmaning

Bara tjugo meter från Malmö arenas entré i Hyllie pågår just nu grundläggningen för det första huset av totalt fyra i det spektakulära projektet Point Hyllie. Tekniskt sett är det en utmaning att bygga. Det ska nämligen stå på den beﬁntliga Citytunnelstationens, station Hyllies tak. Då cirka 80 procent av byggnaden ligger tvärs över tunneltaket går det inte att grundlägga på traditionellt vis.

Att etablera ett hus för kommersiell verksamhet ovanpå en tågstation kräver år av utredningar och kalkyler för att säkerställa byggnadens egenskaper. Bland annat har avancerade 3D-beräkningar gjorts för att ta hänsyn till projektets speciella förutsättningar. – Det är i snitt en halv meter från tunneltaket till golvet. I 3D-beräkningarna har vi tagit hänsyn till detta och sett till byggnaden i helhet vad gäller exempelvis laster, vind, vibrationer, stomljud och sättningar, berättar Pia Andersson. I Point Hyllies första byggnad, den närmast Malmö arena, sker den första inﬂyttningen i november 2010 strax innan Citytunneln öppnar. Projektets fyra huskroppar bestående av

Nybildad kommitté ska ge fler träbroar

Broar byggda i trä har under de senaste åren blivit alltmer populära. För många typer av konstruktioner är trä ett konkurrenskraftigt val avseende såväl ekonomi och funktion som miljöpåverkan. Mot bakgrund av den snabba utvecklingen har Svenskt Limträ beslutat att inrätta en träbrokommitté för att ge beställare och intressenter ett neutralt branschorgan att vända sig till med norm- och teknikfrågor. – Beställare är rationella och agerar utifrån de kunskaper de sitter på, men i dagsläget upplever vi att många tar beslut om konstruktionsmaterial utan att känna till fördelarna med att konstruera broar av limträ. Vi vill bidra till att jämna ut spelfältet, säger Johan Fröbel, verksamhetsledare på Svenskt Limträ. Utöver att fungera rådgivande och tillhandahålla information kommer kommittén även att driva normfrågor, utvecklingsfrågor och andra teknikfrågor för att nå ett ökat användande av trä i byggandet av broar. Martinsons Träbroar, Moelven Töreboda och Setra Trävaror ingår i kommittén. Ordförande är Mikael Lindberg, v d, Martinsons Träbroar. – Stora beställare som Vägverket har efterfrågat ett neutralt branschorgan och vi gör denna satsning för att tillmötesgå dem och våra andra stora kunder. Vi har fått väldigt positiva reaktioner från beställarna med den här satsningen. Intresset för träbroar är stort och många beställare vill bygga på med mer kunskap, säger Mikael Lindberg.

Grundläggningsarbetet för Point Hyllies första byggnad, den närmast Malmö arena, pågår i dagsläget.

– Grundläggning sker nu av den norra spetsen, den närmast Malmö arena, med ett femtiotal betongpålar som står på kalkberget. Resten av byggnaden förankras via sex välarmerade betongpelare nere på Citytunnelns station, berättar Pia Andersson, v d på Annehem Fastigheter. Point Hyllies första hus består delvis av en stålstomme som byggs i sektioner. I bottenvåningen ﬁnns dessutom en avancerad fackverkskonstruktion av stål för att fördela lasterna till betongpelarna nere på stationen. Stålkonstruktionen ger ett unikt synintryck både utifrån och inne i byggnaden. – Point Hyllie har en spännande arkitektur med veckade och snedskurna fasader, delvis på grund av att det ska anpassas till det speciella läget det har, ovanpå en internationell tågstation, säger Pia Andersson. Förutsättningarna har varit att tullmyndighetens lokaler ska inrymmas i Point Hyllies första hus. – Tullmyndigheten ska sitta i Point Hyllies första hus. Då station Hyllie är den första tågstationen på svenska sidan efter Öresundsförbindelsen, ska tullmyndigheten ha egna hissar från sin lokal rakt ner till stationens plattform, säger Pia Andersson.

bostäder, kontor och butiker beräknas att vara helt färdigställda 2013.

Satsar stort på nya bostäder

Nu säljer HSB Malmö bostäder igen. Styrelsen har beslutat att åter starta försäljningen av bostadsrättslägenheterna ute på Bulltofta, projektet som lades på is då ﬁnanskrisen slog till för ett år sedan. Dessutom beslutades att byggstarta etappen med hyresrätter vid kalkbrottet. – Vi ser nu att marknaden börjar vända, och då är det väldigt roligt att vi också kan möta efterfrågan på såväl bostadsrätter som hyresrätter, säger Michael Carlsson, v d på HSB Malmö. På Bulltofta i närheten av rekreationsområdet planeras bostadsrättsföreningen Draken med 65 lägenheter mellan 45 och 100 kvadratmeter boyta. Vid Kalkbrottet Limhamn planeras 34 hyresrätter fördelade på två huskroppar, vid sidan om HSB Malmös bostadsrättsförening Akvamarinen, där försäljningen av de 47 lägenheterna redan pågår för fullt. Bygg & teknik 7/09

byggnytt

Investerar 137 miljoner kronor i lokaler för KTH

Nu har starten gått för den stora ombyggnaden av ”Bergs” lokaler som fastighetsbolaget Akademiska Hus gör i samarbete med Kungliga tekniska högskolan (KTH). En första gjutning av bjälklaget markerade inledningen på projektet, där två stora laboratoriehallar ska förädlas till kontorsrum, mötesrum och mindre laboratorielokaler till en kostnad av 137 miljoner kronor. Akademiska Hus och KTH utvecklar tillsammans lokalerna för institutionerna Materialvetenskap och Byggvetenskap – Bergs – på KTH Campus. Det sker i ”Bergs” gamla lokaler, där två stora laboratoriehallar alltså ska byggas om till 100 nya kontorsrum, ﬂera mötesrum och mindre laboratorielokaler. Byggnaden kommer också att utrustas med modern ventilation och teknik, men samtidigt behålla sin k-märkta sextiotalsprägel. Totalt omfattar projektet cirka 10 360 kvadratmeter. Inﬂyttning sker i oktober 2010. – De nya skräddarsydda lokalerna kommer starkt att bidra till ytterligare samarbeten inom universitetet och en modernisering av KTH, säger Anders Lundgren, förvaltningschef KTH.

Bygger ägarlägenheter på Öckerö

NCC Construction Sverige bygger 50 lägenheter i fem hus på västra Öckerö. Uppdragsgivaren Öckerö Bostads AB kommer att äga hälften av bostäderna och sälja hälften som äganderätter, en ny ägandeform för lägenheter i Sverige sedan 1 maj 2009. Projektet genomförs i så kal-

lat partneringsamarbete. Ordern uppges vara värd värd 54 miljoner kronor. Öckerö är en populär kommun med många villor. Snart kan även den som vill bo i lägenhet flytta till Breviks ängar på Öckerö, där det således nu byggs fem tvåvåningshus 300 meter från havet. – Vi har tidigare byggt lägenheter, äldreboende och idrottshall för Öckerö Bostad och är glada att nu samarbeta i partnering med dem. Det möjliggör ytterligare inflytande och insyn i byggprocess och kostnader, säger Fredrik Johansson, affärschef på NCC Construction Sverige, region Väst. Öckerö Bostads AB säljer alltså hälften av lägenheterna som äganderätter, som tillåts i nybyggda flerbostadshus sedan i maj i år. Köparen äger lägenheten liksom ett hus, vilket även förenklar uthyrning av den. De övriga lägenheterna kommer att ägas och hyras ut av Öckerö Bostads AB. – Äganderätterna och de lägenheter vi hyr ut kommer att vara blandade i husen och ligga sida vid sida. Det gör vi för att öka integrationen och är ett unikt sätt att utnyttja ägarlägenheter i Sverige, säger Tomas Karlström, v d på Öckerö Bostads AB. Lägenheterna byggs som lågenergihus. Husen värms med bergvärme. Öckerö Bostad utreder även möjligheten att komplettera elförsörjningen med vindkraftverk. Tvåvåningshusen placeras för att passa i den omgivande miljön. Arbetet startade i augusti och beräknas klart hösten 2010. Det sysselsätter cirka tjugo NCC-anställda.

Ny byggmetod med prefabricerad betong och trä

En ny metod för att bygga ﬂervåningshus utvecklas nu på Luleå tekniska universitet. Limmade träbalkar som fästs i prefabricerade betongplattor uppges ge ökad kvalitet och snabbare byggprocess.

50 lägenheter, hälften ägarlägenheter och hälften hyresrätter, i fem hus ska det bli på Öckerö. Bygg & teknik 7/09

– Vi är först i världen med metoden som har fått stor uppmärksamhet både nationellt och internationellt, säger Elzbieta Lukaszewska, doktorand i byggkonstruktion på Luleå tekniska universitet. Den nya konstruktionsmetoden innebär en samverkan mellan betong och trä och utvecklades ursprungligen för broar, men används idag också vid byggande av ﬂervåningshus. Elzbieta Lukaszewska har i sin forskElzbieta ning studerat hur prefaLukaszewska bricerade betongplattor på ett optimalt sätt kan monteras ihop med limmade träbalkar med hjälp av en särskild fästanordning. Användandet av fabrikstillverkade betongplattor gör att en avsevärd del av arbetet kan ﬂyttas från byggarbetsplats till fabrik, vilket ger stora byggtekniska och ekonomiska fördelar. Den metod som utvecklats på Luleå tekniska universitet innebär att elementproduktionen sker i omvänd ordning mot tidigare, då träbalkarna monterades först och betongen göts ovanpå träkonstruktionen. Detta medförde problem med sammanbindning på grund av väta och krympning. Den nya konstruktionsmetoden innebär att de limmade träbalkarna istället fästs i de prefabricerade betongplattorna, vilket bland annat minimerar problem med krympning. Elzbieta Lukaszewska har i sin avhandling studerat olika typer av förbindare mellan limbalkarna och betongplattan och resultatet av forskningen har fått mycket positiv respons. – Förutom att det blir snabbare och billigare att bygga är det möjligt att göra längre golvkonstruktioner i betong än i trä. Betonggolv mellan våningsplanen ger också en mycket bättre akustik, säger hon och tror att hennes forskning kommer att få stor praktisk nytta i framtiden.

Nya universitetslokaler i Växjö

Skanska har fått uppdraget att bygga effektiva och funktionella lokaler till Växjö universitet. Kontraktet uppgår enligt uppgift till cirka 34 miljoner kronor och kund är Videum AB. Avsikten med om- och tillbyggnaderna är att skapa gemensamma, effektiva och funktionella lokaler åt Växjö universitet och projektet ”Hälsa på campus/Kompetenscentrum för hälsa”. Projektet är en generalentreprenad med nybyggnad på 2 500 kvadratmeter och ombyggnad på 900 kvadratmeter. Byggstarten har påbörjats och de nya lokalerna beräknas stå färdiga i september 2010. Under byggtiden kommer Skanska att arbeta utifrån konceptet Grön Arbetsplats, där bland annat belysning, uppvärmning och annan energiförbrukning anpassas för att vara så låg som möjligt. Dessutom ställs miljökrav på fordon och kemiska produkter, ﬂaskvatten blir kranvatten och mycket annat.

Största möjliga tystnad

I produktsortimentet ingår förutom cellplastskivor även fäststick, ﬁberduk, dukstift och avslutningslist.

Integrerat säkerhetssystem

Swedoor har tagit fram en ny ljudreducerande dörr för miljöer som kräver extra mycket ljudreduktion. Den nya dörren uppges ha en ljudreduktion på Rw 47 dB. Det gör att den ska fungera i alla miljöer, det kan vara hörsalar, konferensrum eller lägenheter med höga krav på ljuddämpning. Den ﬁnns både som enkeldörr och pardörr. Dörren kan fås målad, fanérad eller laminatbeklädd och ﬁnns med infällda eller utanpåliggande dörrstängare.

Dränerar källarväggen

Finja Betong AB tillverkar sedan ett par år tillbaka cellplast i en toppmodern anläggning i Finja Hässleholm. I takt med kundernas ökade efterfrågan på isolering – bland annat för att minska energikostnaderna – har företaget tagit fram en ny cellplastprodukt. Produkten uppges vara speciellt anpassad för dränering och isolering av både nyproducerade och beﬁntliga källarväggar. – Finja Drän består av cellplastskivor med stor dräneringskapacitet och god isolerande effekt. De stora cellplastkulorna och en öppen struktur i skivan gör att fukten i källarväggen ventileras ut, säger Gull-Britt Jonasson, v d på Finja AB.

Siemens AB, Building Technologies, Security Products har lanserat en ny version av säkerhetssystemet Bewator 2010 Omnis. Det rör sig om ett integrerat säkerhetssystem, med inbrottslarm, passersystem, videoövervakning och brandvarning, avsett för offentliga och privata organisationer som kräver full kontroll över säkerheten. Med systemet har man möjlighet till central övervakning av en eller flera fastigheter med alla personrelaterade funktioner i ett och samma system. Systemet bygger på LonWorksteknik, vilket enligt uppgift erbjuder extrem stabilitet, störimmunitet och fri kabeltopologi. Systemet är med senaste versionen även integrerbart med företagets passersystem Entro version 6.10 och senare. Det betyder att det är möjligt att även administrera ett passersystem i säkerhetssystemet. Passageloggen syns då även i säkerhetssystemets logg. Säkerhetssystemet innehåller även ett antal funktionsnyheter såsom möjligheten till åtta behörighetsgrupper per person samt mjukvarustyrd slussfunktion upp till åtta dörrar. – En slussfunktion innebär höjd säkerhet då villkor kan ställas in så vissa dörrar måste stängas innan andra får öppnas, förklarar Andreas Di Meo, produktchef hos Security Products. En slussfunktion är ett måste för exempelvis infektionsavdelningar på sjukhus, känsliga lastentréer och utrymmen för kontanthantering där det är av största vikt att hålla dörrar stängda av säkerhetsskäl. Att funktionen styrs via mjukvaran innebär en flexiblare lösning som kan tas i bruk och ändras snabbt. I senaste versionen av systemet finns även möjligheten att få ut närvarolistor vid larm. Användaren får då snabb information om vem som befinner sig i byggnaden eller i ett visst område. Detta sparar mycket värdefull tid vid en utrymning. Det nya säkerhetssystemet uppges också vara handikappvänligt, där det exempelvis går

att bestämma om en dörr ska öppnas automatiskt beroende på korttillhörighet samt hur länge dörren ska hållas öppen. Funktionen kan givetvis även användas av andra prioriterade användare, exempelvis kan du med funktionen låsa hissen under tiden den används för postutdelning.

Stoppa radonet – tapetsera om hemma

Det svenska företaget Permafoil, Lidingö, har utvecklat en unik tapet i fem lager som enligt uppgift stoppar radon från hus byggda med blåbetong. Produkten uppges vara testad av Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut samt tyska Foschungsbüro Radon und Balneologi och mätningar visar enligt uppgift på upp till 90 procent minskning av radon. Radon kan komma från vatten, marken eller från byggmaterialet. Boende i hus byggda med så kallad blåbetong mellan 1920 och 1970 löper stor risk att utsättas för höga värden av radon. Kommer radonet från byggmaterialet så kan det vara billigt, snabbt och enkelt att åtgärda genom att tapetsera med en radontapet. – Det är viktigt att vi tar rapporterna från WHO på stort allvar och att vi tar itu med osynliga faran – radon, säger civilingenjör Hans Engström, vd Permafoil. Man kan med relativt enkla och billiga åtgärder stoppas radon och därmed rädda liv. Radontapeten har en pappersyta på båda sidorna som gör den lätt att klistra upp på väggen och lätt att måla eller tapetsera över. Mellan pappersytorna ﬁnns tre tunna lager av en extremt radontät polymerfolie. Tapeten uppges innehålla endast miljövänliga material som används bland annat i livsmedelsindustrin.

Inbrottsklassade karuselldörrar

Boon Edam, Täby, är enligt uppgift det första företaget som kan erbjuda inbrottsklassade karuselldörrar med klass 2 och 3, till privata och offentliga byggnader. Efterfrågan för säkerhet Bygg & teknik 7/09

produktnytt i kombination med bekvämlighet och effektivt handhavande uppges nu vara stor. Enligt polisens statistik så sker ett inbrott var femte till åttonde minut varje dag. Det är inte bara de ekonomiska skadorna som uppgår till miljoner varje år utan även de psykologiska effekterna av inbrotten har stor inverkan på de drabbade. Försäkringsbolag höjer sina premier för att täcka ökade kostnader för försäkringsersättningar. För att tillgodose detta behov har företaget nu utvecklat karuselldörrar och slussar i inbrottsklass MKV2 och MKV3. Företagets inbrottsklassade dörrar, Tourniket karuselldörr och Circlelock säkerhetssluss, uppges vara väl anpassade till byggnader där entrén och fasaden är integrerade i säkerhetssystemet, och där en hög grad av inbrottsskydd krävs. Dessutom drar man nytta av karuselldörrens andra fördelar, som att spara energi, minska drag och därigenom bidra till reducerade koldioxidutsläpp. I många fall är en inbrottssäker entré ett direkt krav från försäkringsbolagen. En sådan typ av entré minskar risken för att värdefulla inventarier blir stulna, men även risken för indirekta skador. Entrén sparar inte bara energi utan även pengar i form av minskade försäkringspremier och mindre onödigt arbete.

Fexibel förankring av fasader

Fischer Sverige AB, med projektavdelning i Norrköping, marknadsför nu ett komplett system för förankring av fasader kallat ACT (Advanced Curtain Wall Technique) – där även en en metod för borrning och montage ingår. Systemet, som enligt uppgift lämnar stort utrymme för den arkitektoniska utformning, består av ett försänkt, osynligt förankringssystem för ventilerade fasader av natursten, glas eller kompositmaterial. Med bland annat specialutvecklade ankare, underkonstruktioner och tekniska assistans, är tanken att du som arkitekt bara ska behöva tänka på den kreativa delen av uppgiften. Systemet uppges möjliggöra exempelvis användning av endast 20 mm tjocka naturstenspaneler, medge fri placering av ankaret på panelens baksida samt enkla byten av samtliga eller enskilda paneler. Även bjälklagets paneler kan enligt uppgift enkelt fästas på många olika sätt. Bygg & teknik 7/09

Brandklassad innerdörr

platsen om olyckan skulle vara framme. Paketet innehåller bland annat bår, yllefiltar och nackskydd, utrustning för ögon-, bränn- och sårskadebehandling och omfattande förstahjälpen kit. Det finns även ett tillvalspaket för byggen som genomförs när det är som allra kallast. Med Arctic Pack isoleras containern så att kemprodukter kan förvaras i containern även när utetemperaturen går nedåt minus 20 grader.

Portabel 35 bars kompressor

Robust Ståldörrar AB i värmländska Nykroppa introducerar nu i oktober en ny brandklassad innerdörr BI i stål för skolor, kontor, institutioner och andra miljöer, där brand och rökutveckling kan vålla allvarlig skada. Dörren, som uppfyller skyddsklasserna A60 och E120, marknadsförs som ett säkrare alternativ vid jämförelse med gängse trädörrar. Företaget tillverkar och marknadsför ett brett sortiment av ståldörrar. Till programmet hör säkerhetsdörrar för lägenheter, branddörrar för kontor, bostäder och industri samt hissdörrar för olika miljöer. Dörren uppges vara utvecklad i dialog med marknaden och anses ha ﬂera fördelar. Utöver sin brandsäkra konstruktion kan nämnas tre gångjärn för hög stabilitet, rökmotverkande tätningslister och ett brett utbud av laminat och kulörer. Dörrarna är förstärkta för dörrstängare på gångjärnssidan och är försedda med lås godkända enligt SS 3522. Dörren levereras med karmtyp B eller C.

Skruvcontainer

Att leta skruv tar mycket tid för hantverkarna ute på ett bygge. Med hjälp av Essves nya containrarkoncept levereras produkter på ett enkelt och smidigt sätt direkt till bygget. Containrarna är utformade med färdiga butikskoncept och innehåller hyllkantsetiketter med streckkoder, tydliga avdelningar och information som hjälper hantverkarna att välja rätt produkt. Containern har även flera olika tillbehörspaket anpassade till de krav som ställs på en byggarbetsplats. Med First Aid Pack är det enkelt att följa arbetarskyddslagstiftningens krav på vad som ska finnas tillhands på byggarbets-

Atlas Copco Compressor AB i Nacka lanserar nu en ny generation skruvkompressorer för att möta borrentreprenörernas krav på snabbare borrning och ökad lönsamhet. Den nya serien DrillAir består av sex modeller och har enligt uppgift konstruerats för högsta kapacitet och arbetstryck, vilket innebär större och djupare borrhål med maximal borrsjunkning. Den senaste 35-barsmodellen ﬁnns i två utförande; XRYS 577 med elektronisk reglering och XRYS 557 med pneumatisk reglering. Ett nytt skruvelement uppges reducera energiåtgången med fyra procent, vilket ska göra kompressorn till en av de mest energieffektiva och bränslesnåla på marknaden.

Med nya DrillAirXpert som enligt uppgift är det första steglösa elektroniska reglersystemet får operatören full kontroll över tryck och ﬂöde och kan enkelt ändra från 22 bar och 673 l/s till 35 bar och 570 l/s. Det elektroniska reglersystemet uppges ha många fördelar jämfört med det pneumatiska, förutom att spara energi så undviker man frysningar och tryckförluster. Kompressorn är utrustad med en Caterpillar dieselmotor på 429 kW och har ett varvtal på 1 800 rpm vid normal last. Ljudtrycksnivån är enligt uppgift 76 dB(A) vid ett avstånd av sju meter enligt ISO 2151. Kompressorn kan förses med det globala övervakningssystemet Cosmos, vilket innebär att man kan följa kompressorns status i realtid, såsom driftdata, behov av service och geograﬁska läge via mobiltelefon som SMS, internet eller e-post. Cover Care i kombination med Atlas Copcos olika serviceprogram och Oiltronix temperaturövervakning och kontroll ger förlängd garanti på kompressorerna upp till fem år.

Bättre bedömning av vidhäftning mellan betong och betong

Flera av huvudfaktorerna för att skapa god vidhäftning följer av arbetsutförandet. Bilning, rengöring, förvattning, gjutning, vibrering och härdning är alla arbetsintensiva moment som kräver ett stort arbetskunnande och ett noggrant arbetsutförande. Samtidigt står möjligheten att skapa en samverkanskonstruktion och faller med vidhäftningen. Det är därför nödvändigt med kvalitetssäkring och provning. Provresultaten måste slutligen ställas mot ett föreskrivet krav. Når man inte kravet kan man få riva pågjutningen och börja om. För att man å ena sidan inte ska äventyra bärförmågan och å andra sidan inte genomföra onödiga, kostnads-

Artikelförfattare är Johan Silfwerbrand, CBI Betonginstitutet, Stockholm.

och resurskrävande rivningar är det viktig att kraven är adekvata. Artikelförfattaren hävdar att dagens krav oftast är onödigt stränga. Vi ska först se hur kravet ser ut och sedan diskutera det från några olika aspekter.

Vanligt krav på vidhäftning

Vidhäftning provas normalt genom dragning av borrkärnor som borrats vinkelrätt mot och genom fogen. Man mäter dragkraften vid brott och dividerar den med kärnans tvärsnittsarea. Man kan antingen utföra provet i fält (figur 1) eller knacka loss och ta med kärnan till laboratoriet och prova i en dragprovningsmaskin. Vägverket har utarbetat en metod att utvärdera provresultat (avsnitt 101.612 i Bro 2004 [2]). Kraven vid fortlöpande provning av draghållfasthen mellan gammal betong och pågjutning formuleras i följande två ekvationer: m ≥ fv + 1,4 • s x ≥ 0,8 • fv

(1)

(2)

där x är lika med enskilt mätvärde, m är medelvärdet för samtliga mätvärden, s är standardavvikelsen för samtliga mätvärden och fv är lika med fordrad draghållfasthet. Denna är angiven till fv lika med 1,0 MPa. Standardavvikelsen s sätts till 0,36 MPa om uppmätt s är mindre än 0,36 MPa, vilket innebär att medelvärdet m måste vara större än eller lika med 1,504 MPa.

Tolkningen av resultaten är svår

Det är svårt att tolka resultaten vid vid-

häftningsprovning. All provning av betongens draghållfasthet är förknippad med relativt stor spridning, mycket större än till exempel vid tryckhållfasthetsprovning. Vidhäftningen är ännu svårare att tolka då enbart (sällsynta) fall med fogbrott ger ett beräkningsbart underlag för vidhäftningens medelvärde. I alla andra fall (brott i gammal betong, pågjutning eller i limfogen mellan provkropp och den stålklack som placeras i dragprovmaskinen) är uppmätt värde enbart ett undre gränsvärde. Hur beräknar man medelvärde och standardavvikelse ur undre gränsvärden?

Påkänningarna i fogen är ofta små

Det är ganska sällan konstruktörer eller andra försöker uppskatta storleken på de påkänningar som kan uppkomma i fogen under bruks- och brottskedena. Vanliga laster som egentyngd, trafiklaster och snölaster ger kombinationer av tryckoch skjuvpåkänningar i horisontella fogar (som är det vanliga). I försök med pågjutna balkar [3] har skjuvspänningen vid bruks- och brottlast uppskattats till 0,5 respektive 2,0 MPa. I plattor är skjuvspänningarna normalt ännu lägre.

Dimensioneringsvärdet för tillåten skjuvspänning är lågt

Enligt BBK 04 [4] måste man antingen vattenbila, skapa förtagningar, armera eller lägga tryckkrafter genom fogen för att kunna tillgodoräkna någon skjuvhållfasthet överhuvudtaget. För den vattenbilade ytan är värdet 0,4 MPa. Jämfört med internationella regelverk ligger BBK lågt

Figur 1: Vidhäftningsprovning genom dragning av kvarsittande kärnor.

FOTO: B MAGNUSSON

Pågjutningen är en klassisk reparationsåtgärd. Syftet är vanligen att återställa bärförmågan hos en betongkonstruktion som skadats av frost, salt eller armeringskorrosion. Normalt strävar vi efter att skapa en vidhäftande pågjutning, vilket innebär att den pågjutna konstruktionsdelen fungerar som en samverkanskonstruktion. Receptet är att bila bort den skadade betongen, behandla fogytan på lämpligt sätt och gjuta på ny betong. Det finns många faktorer som påverkar vidhäftningen, de viktigaste är en ren och mikrosprickfri fogyta samt god kompaktering och härdning av pågjutningsbetongen. Pågjutningar förekommer även i nyproduktion, pågjutna förtillverkade TT-kassetter är ett exempel. Då utgör borttagning av det svaga ytskiktet (cementhuden eller laitanceskiktet) på kassetterna en femte huvudfaktor för god vidhäftning. För den som vill läsa mer om hur man skapar god vidhäftning är Svenska Betongföreningens nya golvrapport [1] ett bra litteraturtips.

Bygg & teknik 7/09

0,4. För betong C 40/50 är dimensioneringsvärdet för betongens draghållfasthet 1,67 MPa och dimensioneringsvärdet för skjuvhållfastheten följaktligen 0,67 MPa, det vill säga högre än enligt BBK men fortfarande lågt.

Skjuvhållfastheten är större än draghållfastheten

Figur 2: Dimensionerande skjuvhållfasthet i råa eller vattenbilade fogytor som funktion av aktuell betongs dimensionerande tryckhållfasthet.

Vid dimensionering behöver vi alltså ett värde på fogens skjuvhållfasthet, men vid provning bestämmer man nästan alltid fogens draghållfasthet eftersom det är så mycket enklare. Nu visar forskningen att det är god överensstämmelse mellan dessa båda hållfastheter, hög draghållfasthet innebär också hög skjuvhållfasthet. Men forskningen visar också att skjuvhållfastheten är väsentligt större än draghållfastheten, vanligen är den dubbelt så stor (figur 3).

Erfarenheter av provning i verklig konstruktion

Figur 3: Sambandet mellan uppmätt drag- och uppmätt skjuvhållfasthet i fogen för gjuten betong och sprutbetong i laboratorium och fält. Resultaten gäller fogytor som vattenbilats, bilats mekaniskt med tryckluftshammare eller enbart sandblästrats. Efter [9].

Figur 4: Sammanställning av 200 mätresultat på 30 broar. Efter [7]. (figur 2). Vid kommande övergång till EK 2 [5] kommer man att kunna tillåta högre värden för högre betongkvaliteter eftersom dimensioneringsvärdet där är Bygg & teknik 7/09

proportionellt mot betongens draghållfasthet. För skrovliga fogytor (som vattenbilade ytor är ett exempel på) är proportionalitetskonstanten c lika med

Under mitten av 1980-talet började vattenbilning användas på svenska broar. Vägverket var pionjär och svensk vattenbilningsteknik är världsledande [6]. Kungliga Tekniska högskolan hade ett uppdrag att prova vidhäftningen på ett trettiotal brobaneplattor som vattenbilades och försågs med ny pågjutning. Resultaten visar att man efter något års intrimning nådde årsmedelvärdet 1,5 MPa (figur 4) [7]. Många av dessa broar används fortfarande och förnyade mätningar på sju av dem tio år efter reparation visar att vidhäftningen (mätt som medelvärde) ökat något på varje bro [8]. Vi ser att medelvärden på 1,5 MPa ger en hållbar reparation. Andra erfarenheter visar att medelvärden på 1,0 MPa också ger goda reparationer.

Förslag till ny bedömning av vidhäftningen

Vi ser att uppmätt skjuvhållfasthet i en vattenbilad fog ligger på över 3 MPa (figur 3) medan dimensioneringsvärdet för tillåten skjuvspänning ligger kring 0,5 MPa. Kvoten är 6, vilket är orimligt högt. För betong i tryck är kvoten ungefär 2 och för dragning drygt 2 (med EK 2 kan den beräknas till 2,15). Man bör därför antingen sänka kravet på provningsresultaten eller tillåta högre skjuvspänningar vid dimensionering. Eftersom dragprovningen vanligtvis resulterar i flera olika brottyper och rena fogbrott är sällsynta är redan beräkningen av medelvärden vetenskapligt tveksam. Ännu mer tveksamt är det att beräkna standardavvikelser på den ofta ringa mängden provresultat. Att som i ekvation (1) utnyttja en underliggande normalfördelningskurva är fullständigt fel ifall inte alla dragproven resulterat i fogbrott. Artikelförfattaren föreslår att man av ekonomiska och praktiska skäl fortsätter att prova vidhäftning genom dragprov13

ning av borrkärnor. Vi kan dock sätta nivån i relation till kunskapen om att skjuvhållfastheten är dubbelt så stor som draghållfastheten. Eftersom rena fogbrott är sällsynta och de verkliga brotten ofta är en blandning av brott i gammal och pågjuten betong bör man utgå ifrån en grupp värden som ligger lågt i populationen av provningsresultat men undvika alla statistiska fördelningskurvor. Förslaget är att utgå från medelvärdet av den tredjedel prov som visar lägst värden. Denna enkla metod har utvecklats i Finland och används vid bestämningen av karakteristiska hållfasthetsvärden för fiberbetong enligt Svenska Betongföreningens betongrapport nr 4 [10]. Ekvation (1) och (2) bör därför ersättas av följande två: 0,9 • mlägsta 1/3 ≥ fv x ≥ 0,5 • fv

(3) (4)

där x och fv och har samma betydelse som tidigare medan mlägsta 1/3 är medelvärde för den tredjedel av provkropparna som får lägst brottvärde vid provningen. För tre prov är mlägsta 1/3 lika med lägsta mätvärde, för sex prov är mlägsta 1/3 lika med medelvärdet för det två lägsta mätvärdena och så vidare. Fordrat värde bör i normalfallet sättas till fv är lika med 0,8 MPa men kan ifall påkänningarna förväntas vara ovanligt stora sättas högre, till exempel till fv lika med 1,2 MPa. I tabell 1 finns en sammanställning av resultat från vidhäftningsprovning på fem broar. Tabellen ger en illustration på problem vid användningen av nuvarande utvärderingskriterium. För bro P616 genomfördes tio draghållfasthetsprov. Trots att alla proven översteg 1,0 MPa skulle arbetet bli underkänt eftersom m minus 1,4s är lika med 0,85 MPa och mindre än 1,0 MPa. Detta gäller generellt fall med höga eller ganska höga mätvärden som uppvisar spridning. Men som påpekats tidigare är det olämpligt att räkna ut standardavvikelser och fraktilvärden då brottmoderna varierar. Kriteriet i ekvation (3) ger bedömningsvärdet 0,9 • mlägsta 1/3 lika med 0,97 MPa som är större än fv lika med 0,8 MPa. Vi ser att detta kriterium ger godkänt resultat för den aktuella bron.

Slutord

Vidhäftande pågjutningar är en utomordentlig reparationsåtgärd på brobaneplattor och flera andra konstruktionselement. Vidhäftningen mellan pågjuten och gammal, befintlig betong utgör förutsättning för att den reparerade konstruktionens skall kunna ses som en samverkanskonstruktion, vilket i sin tur betyder återställd bärförmåga och styvhet. Vi måste därför ställa kvantifierbara krav på vidhäftningen, men kraven måste vara vetenskapligt underbyggda till både utformning och nivå. Denna artikel innehåller ett förslag på nya krav som uppfyller detta. En jäm14

Tabell 1: Sammanställning av resultat från vidhäftningsprovning på fem broar med pågjuten brobaneplatta. Efter [8] och [11]. ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Bro Bjurholm Skassås Vrena P616 Överboda (Älvsborgs län)

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– År för reparation 1985 1986 1987 1987 1986 och provning 9 12 8 10 12 Antal prov N Medelbrottspänning 1,96 1,77 1,49 1,46 2,09 m (MPa) Standardavvikelse s 0,66 0,64 0,35 0,43 0,53 (MPa) m - 1,4s 1,04 0,88 1,00 0,85 1,35 Högsta mätvärde 2,52 3,09 2,10 2,26 2,77 (MPa) Lägsta mätvärde 0,43 0,96 0,85 1,01 1,18 (MPa) 0,9 • mlägsta 1/3 1,14 1,03 0,99 0,97 1,34 Vridprovning, m 3,50 (MPa) År för förnyad 1995 1995 1995 dragprovning Medelbrottspänning, m 1,99 1,56 2,18 (MPa) –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Anmärkning: mlägsta 1/3 är lika med medelvärdet för den tredjedel av proven som har lägst mätvärden, vid nio till elva mätvärden, de tre lägsta; vid tolv till fjorton, de fyra lägsta och så vidare.

förelse med tidigare mätresultat stöder förslaget. ■

Referenser

[1]. Svenska Betongföreningen: Industrigolv – rekommendationer för projektering, materialval, produktion, drift och underhåll. Svenska Betongföreningens rapportserie, nr 13, 2008, 296 s. [2]. Vägverket. BRO 2004. Vägverkets allmänna tekniska krav på broar. Vägverket, Borlänge, rapport nr 2004:56. [3]. Silfwerbrand, J: Samverkan mellan delvis nedbilad betongplatta och pågjutning. Balkförsök. Meddelande nr 142, institutionen för byggnadsstatik, KTH, Stockholm, 1984, 72 s. [4]. BBK 04. Boverkets handbok om betongkonstruktioner. Boverket, Karlskrona, 2004. 271 s. [5]. Eurokod 2: Dimensionering av betongkonstruktioner – Del 1-1: Allmänna regler och regler för byggnader. Svensk Standard SS-EN 1992-1-1:2005/AC: 2008. SIS Förlag AB, Stockholm, 2008. [6]. Silfwerbrand, J, & Selander, A: Storsatsa på nyttiga innovationer. Tidskriften Betong, nr 6, december 2008, s 43–45. [7]. Silfwerbrand, J: Improving Concrete Bond in Repaired Bridge Decks. Concrete International, V. 12, No. 9, september 1990, s 61–66. [8]. Silfwerbrand, J, & Paulsson, J: The Swedish Experience: Better Bonding of Bridge Deck Overlays. Concrete International, Vol. 20, No. 10, oktober 1998, s 56-61.

[9]. Silfwerbrand, J: Shear Bond Strength in Repaired Concrete Structures. Materials & Structures, Vol. 36, juli 2003, s 419–424. [10]. Svenska Betongföreningen: Stålfiberbetong – rekommendationer för konstruktion, utförande och provning. Svenska Betongföreningens rapportserie, nr 4, utgåva 2, 1997, 133 s. [11]. Silfwerbrand J: Effekter av differenskrympning, krypning och fogytans egenskaper på bärförmågan hos samverkanplattor av gammal och pågjuten betong. Meddelande nr 147. Kungliga Tekniska högskolan, institutionen för byggnadsstatik, Stockholm, 1987, 131 s.

Nästa nummer: Bygg & tekniks nästa temanummer handlar om -

Fasad och fönster utgivning vecka 48 Missa inte detta tillfälle att nå beslutsfattarna inom ämnesområdet.

För annonsering: Ring 08-612 17 50 Eller skicka e-post till: Roland Dahlin roland@byggteknikforlaget.se Marcus Dahlin marcus@byggteknikforlaget.se Bygg & teknik 7/09

S M A R TA R E B Y G G A N D E D E L 5 : T E R M O D E C K

TermoDeck – modern uppvärmning

TermoDeck är ett klimatsystem från Strängbetong för dagens tuffa miljökrav. Det fungerar lite som en kakelugn, fast på ett modernt sätt. I bjälklaget finns det kanaler för varm luft som värmer upp byggnaden. I kombination med Strängbetongs värmeisolerande klimatskal med sandwichelement kan energianvändningen minska med hälften jämfört med Boverkets krav. Det tycker vi är smartare byggande. Läs mer på www.strangbetong.se.

Smartare byggande

Gjutning av vägg på platta Jämförelser mellan mätta och beräknade sprickrisker Försök med gjutning av konstruktionen ”vägg på platta” har i ett projekt, finansierat av SBUF, Peab AB, Swerock AB, Cementa AB och Luleå tekniska universitet (LTU), genomförts för tre olika gjutsituationer. Mätningar har utförts avseende temperaturer, deformationer, töjningar och sprickkarteringar. Dessutom har den unga betongens egenskaper kartlagts för att få underlag att kunna göra temperatur- och sprickriskberäkningar. Konstruktionen vägg på platta representerar en typkonstruktion, som återfinns i många verkliga konstruktioner såsom väggar, stödmurar, tråg, tunnlar och broar. Projektet har två huvudfrågor: 1) Hur skiljer sig tvånget mellan de tre provade konstruktionerna? Är det rätt att modellera en vägg, som båda har en horisontell gjutfog mot plattan och en vertikal gjutfog mot befintlig vägg, med en fristående dubbelt så lång vägg? 2) Finns det en glidning i den horisontella gjutfogen, vilket reducerar tvånget i väggen? Svaren blev att antagna modeller väl beskriver det verkliga beteendet. Slutsatsen bygger på att både temperaturen och spänningsriskerna överensstämmer mycket väl mellan försök och beräkningar. Vid de väggjutningar som ledde till sprickbildning kunde en gjutfogsglidning indikeras, men dessa försöksresultat kunde inte kvantifieras. Sammantaget kan sägas att projektet varit lyckat och entydigt besvarat fråge-

Artikelförfattare är Jan-Erik Jonasson, Luleå tekniska universitet, Kjell Wallin, CBI Betonginstitutet och Martin Nilsson, Luleå tekniska universitet.

ställningar som tidigare endast varit antaganden.

Projektets omfattning

Gjutning av vägg på platta representerar en typkonstruktion som återfinns i många verkliga konstruktioner, såsom väggar, stödmurar, tråg, tunnlar och broar. Av alla konstruktioner som behöver lämnas in till Vägverket för granskning avseende utredning av risken för sprickor under den första månaden efter gjutning bedöms cirka två tredjedelar kunna klassas som gjutning av vägg på platta. Det är därför av stort värde att man studerar och genomför försök med denna konstruktionstyp för att kunna analysera verkliga förhållanden. Detta ger underlag för att med större säkerhet genomföra framtida analyser. I projektet genomförs tre etapper av typkonstruktionen vägg på platta, se figur 1, enligt följande: a) Platta 1 plus Vägg 1, fri monolit, L är lika med 6 meter b) Platta 2 plus Vägg 2, gjutning mot befintlig platta 1 och befintlig vägg 1, L är lika med 6 meter

c) Platta 3 plus Vägg 3, fri monolit, L är lika med 12 meter. Vad man primärt är intresserad av är hur tvånget och eventuella gjutfogsförskjutningar varierar mellan de olika försöksetapperna.

Gjutning av vägg på platta

Aktuellt projekt redovisas i detalj i Jonasson m fl (2009), och gjutning av etapp Vägg 2 med hjälp av travers och bask visas i figur 2. För de mest intressanta positionerna uppmättes temperaturerna i både platta och vägg för de respektive gjutetapperna. Mätta och beräknade temperaturer för etapperna Platta 1 plus Vägg 1, se figur 1a, visas i figur 3, där det klart framgår att beräkningarna simulerar de verkliga temperaturförloppen inom cirka plus minus 2 °C. Situationen var ungefär likadan för alla gjutetapper. Som grund för beräkningen har egenskaper för den unga betongen studerats separat med de mätmetoder vi normalt tillämpar vid LTU, se Emborg (1989), Jonasson (1994), Ekerfors (1995), Westman (1999), Hedlund (2000), Larson

Figur 1: Indelning av försöken i tre varianter av typkonstruktionen vägg på platta: a) Platta 1 plus Vägg 1, b) Platta 2 plus Vägg 2 samt c) Platta 3 plus Vägg 3. Bygg & teknik 7/09

och temperatur samt mekaniska egenskaper såsom hållfasthetsutveckling, se figur 4, och krypegenskaper, se figur 5. Den sammanfattande kontrollen av samtliga egenskaper utförs vid jämförelse med uppmätt spänning i den så kallade spänningsriggen, se figur 6, som visar

Figur 2: Gjutning av etapp Vägg 2 med hjälp av bask hängande i en travers i provhall 2 vid Luleå tekniska universitet.

(2003), Nilsson (2003) och Utsi (2008). Förutom bestämning av hydratationsvär-

me innefattas även mätning av uppträdande frirörelser i betong vid variabel fukt

Figur 6: Formen i spänningsriggen, där betongen gjuts på plats. I formens bägge ändar finns gängade stänger med muttrar för att få bra förankring mellan provkroppens ändar och ändplattorna av stål monterade mot den omslutande relativt styva stålramen. I bildens övre, högra och nedre kant syns stålramen, som omger provkroppen.

Figur 3: Mätta och beräknade temperaturförlopp för gjutetapperna Platta 1 och Vägg 1.

Temperatur, °C

Platta 1:B + Vägg 1:B

Spänning, GPa

Tryckhållfasthet, MPa

Tid efter gjutning av Platta 1, timmar

Ekvivalent tid, timmar

Figur 4: Tryckhållfasthet som funktion av ekvivalent tid för mätningar utförda för de tre gjutetapperna Vägg 1, Vägg 2 och Vägg 3. Bygg & teknik 7/09

Tid efter pålagd deformation, d

Figur 5: Beräknat relaxationsspektra (är lika med spänning för pålagd töjning identiskt lika med 1) utifrån mätt krypning, där t0 är lika med betongens ålder vid pålastning. Tillämpning av modell redovisad i Larson (2003). 17

Temperatur, °C

Spänning alt draghållfasthet, MPa

Tid efter gjutning, timmar

Spänningskvot, -

Töjningsskvot, -

Figur 7: Mätta (spänningsriggen) och beräknade spänningar vid fullständigt tvång.

Tid efter gjutning av Platta 3, timmar

Figur 8: Beräknade spännings- och töjningskvoter för gjutetapp Platta 3 plus Vägg 3.

Vägg 3

6,3 dygn efter gjutning 3V3 3V2

3D3

3D2 3D1

3V1

Figur 9: Beräknade töjningskvoter för Vägg 3 vid tiden 6,3 dagar efter gjutningen. Läget 3V2 betecknar dimensionerande läget (är lika med läget för maximal töjningsbelastning) i väggen med den beräknade maximala töjningskvoten 0,993. 18

gjutformen där betongen gjuts direkt på plats i riggen. Resultat från jämförelsen mellan mätresultaten i riggen och beräknade spänningar vid fullständig fasthållning presenteras i figur 7, där det framgår att man kan anse att framtagna egenskaper med god överensstämmelse simulerar uppmätt spänningsutveckling. Detta innebär att med framtagna egenskaper har man en god grund att senare göra prognoser under godtyckliga förhållanden, bland annat under de förhållanden som provats i projektet. Tyvärr kunde inte tvångsfaktorer bestämmas utifrån mätta töjningar, då det synes finnas ett icke-linjärt beroende av spänningen för frirörelserna. För projektets resultat spelar det inte någon avgörande roll, eftersom beräknade sprickrisker och uppträdande sprickor mycket tydligt stämmer överens, se figur 8, där de röda prickarna markerar när sprickor observerades i väggen för gjutetapp Vägg 3. Man kan notera att överensstämmelsen gäller både sprickrisk (är lika med töjningskvot är lika med 1 plus minus 0,05 för dragbrott i betongen) och att tiden för maximal töjningskvot entydigt stämmer med observerade sprickor. Övriga väggetapper erhöll inga väggsprickor utan förstoring av plattan med värmekablar, men även detta förhållande simulerades i beräkningarna. För gjutetapp Vägg 2 kunde sprickorna simuleras under eftervärmningen av plattan, vilket också tyder på att beräkningsmodellen kan simulera även uppvärmningen med god överensstämmelse. Man kan sammanfattningsvis notera att a) läget i konstruktionen, b) läget i tid samt c) töjningskvotens storlek med bedömd uppkomst av spricka stämmer överens mellan beräkning och gjorda observationer. Det simuleringsprogram som använts är ConTeSt (2008) och de bakomliggande tvångsmodellerna för fallet vägg på platta finns redovisade i Nilsson (2003). Motsvarande tvångsmodeller är även inbyggda i Excelarket CraX1, Jonasson m fl (2003), som är ett datorhjälpmedel att snabbt analysera genomgående sprickor i väggen för typfallet vägg på platta. Positionen 3V2 är 350 mm ovanför gjutfogen med maximal töjningskvot är lika med 0,993, se vidare figur 9. Dragbrottet i betongens anses uppkomma för töjningskvot större eller lika med 1 (större eller lika med 0,95 med hänsyn till rimlig spridning i materialegenskaper). Svaret på andra huvudfrågan blev att defomationsmätningarna visade på en glidning i gjutfogen vid hög dragbelastning i väggens nedre del. Rörelsen kunde dock inte indikeras med över gjutfogen pålimmade spricklaminat, vilket antingen kan bero på att deformationerna är för små för att ”förstöra” spricklaminaten eller att betongen närmast gjutfogen ”uppluckrats” i form av mikrosprickor. Huruvida tvånget reducerats i väggen på grund Bygg & teknik 7/09

RUDIN & CO.

BETONGSTOMME, TOTT RESORT VISBY. BESTÄLLARE: VISBY CONSTRUCTION AB. ARKITEKT: ARKLAB, STOCKHOLM.

Totalentreprenad med KC Betong KC Betong tillfredställer marknadens behov av värdebeständiga byggnader och kundanpassade betongvaror med god ekonomi och miljö. Vi svarar för såväl projektering och produktion som leverans och montering av betongelement till alla typer av byggnader.

KC BETONG, BOX 139, 641 22 KATRINEHOLM. TEL 0150-34 99 00 E-POST: INFO@KC-BETONG.SE WEBB: WWW.KC-BETONG.SE

Bygg & teknik 7/09

av den indikerade rörelsen kunde i projektet bara indirekt styrkas genom att genomförda beräkningar visade mycket god överensstämmelse med det verkliga beteendet både vad avser storleken på beräknade sprickrisker och tidpunkten när väggarna sprack. Efter att alla mätningar avslutats för gjutetapp Vägg 2 respektive gjutetapp Vägg 3 sågades konstruktionen upp i cirka tremeterslängder, som transporterades bort med lastbil, se figur 10.

Sammanfattande kommentar

Sammantaget kan sägas att projektet varit lyckat och entydigt besvarat frågeställningar som tidigare endast varit antaganden. Detta omfattar både uppträdande temperaturer och associerade spänningsnivåer samt uppkomst av sprickor i betongen. Stärkta av resultaten i projektet kan vi göra säkrare prognoser vid bedömning av risken för sprickor i ung betong samt sätta in välmotiverade relevanta sprickreducerande åtgärder vid behov. ■

Referenser

ConTeSt Pro (2008): User’s Manual. Produced by JEJMS Concrete AB, Luleå. Ekerfors K (1995): Mognadsutveckling i ung betong, temperaturkänslighet, hållfasthet och värmeutveckling. Luleå tekniska universitet, avdelningen för konstruktionsteknik, Licentiatavhandling 1995:34L. Emborg M (1989): Thermal Stresses in Concrete Structures at Early Ages. Luleå University of Technology, Division of Structural Engineering, Doctoral Thesis 1989:73D. Hedlund H (2000): Hardening Concrete – Measurements and Evaluation of NonElastic Deformation and Associated Restraint Stresses. Luleå University of Technology, Division of Structural Engineering, Doctoral Thesis 2000:25.

Jonasson J-E (1994): Modelling of Temperature, Moisture and Stresses in Young Concrete. Luleå University of Technology, Division of Structural Engineering, Doctoral Thesis 1994:153D. Jonasson J-E, Wallin K, Emborg M, Gram A, Saleh I, Nilsson M, Larson M & Hedlund H (2003): Temperatursprickor i betongkonstruktioner – Handbok med diagram för sprickriskbedömningar inklusive åtgärder för några vanliga typfall. Del D och E. Avdelningen för konstruktionsteknik, Luleå tekniska universitet, Teknisk Rapport 2001:14, reviderad 2003. Jonasson J-E, Wallin K & Nilsson M (2009): Gjutning av vägg på platta – studier av sprickrisker orsakat av temperaturförloppet vid härdningen. Luleå tekniska universitet, Forskningsrapport. ISSN 14021528, ISBN 978-91-86233-73-0, Luleå 2009, 74 sidor. Larson M (2003): Thermal Crack Estimation in Early Age Concrete – Models and Methods for Practical Application. Luleå University of Technology, Division of Structural Engineering, Doctoral Thesis 2003:20. Nilsson M (2003): Restraint Factors and Partial Coefficients for Crack Analyses of Early Age Concrete Structures. Luleå University of Technology, Division of Structural Engineering, Doctoral Thesis 2003:19. Utsi S (2008): Performance Based Concrete Mix-Design – Aggregate an Micro Mortar Optimization Applied on Self-Compacting Concrete Containing Fly Ash. Luleå University of Technology, Division of Structural Engineering, Doctoral Thesis 2008:49. Westman G (1999): Concrete Creep and Thermal Stresses – New Creep Models and Their Effects on Stress Development. Luleå University of Technology, Division of Structural Engineering, Doctoral Thesis 1999:10.

byggfrågan

Lektor Öman frågar… Robert Öman, lektor i byggnadsteknik vid Avdelningen för byggoch miljöteknik, Akademin för hållbar samhällsoch teknikutveckling (HST), MälarLektor Öman dalens högskola i Västerås, är här igen med en ny byggfråga. Den här gången handlar den om fukt. Frågans poäng framgår som vanligt, eftersom det säger en hel del om hur utförligt svar som förväntas. Svaret hittar du på sidan 56.

Fråga (7 p) Det finns ett stort antal begrepp i samband med fukt. Vad kallas följande? a) Fuktinnehållet i material, kg/kg, kvoten mellan det förångningsbara vattnets vikt och materialets vikt i torrt tillstånd. b) Den (lägre) lufttemperatur då luften är mättad på vattenånga. c) Skillnaden mellan inneluftens ånghalt och uteluftens ånghalt, g/m3. d) Transport av vattenånga på grund av att vattenångan i luften inomhus och utomhus har olika partialtryck (deltryck). e) Fuktinnehållet i material, kg/m3, kvoten mellan det förångningsbara vattnets vikt och materialets volym. f) Det fukttillstånd för ett material som motsvarar gränsen för att materialet bibehåller godtagbar funktion under hela den tid som materialet kan exponeras för fukttillståndet. g) Kvoten mellan tjockleken för ett material och materialets ånggenomsläpplighet.

Figur 10: Bortransportering av en del av konstruktionen vägg på platta efter utförd mätning. Bygg & teknik 7/09

Utmattningsbelastad betong Utmattning av betongmaterialet har ofta aktualiserats i samband med jordbävningar och då som så kallad lågcyklig utmattning. Vid jordbävningar utsätts konstruktionen för påkänningar nära dess statiska hållfasthet. Sådana höga växlande påkänningar kan orsaka konstruktionens kollaps. Sammanbrottet kan motverkas av omslutande armering, som då hjälper till att hålla ihop betongen. Konstruktionen kan då motstå jordbävningsbelastningen betydligt bättre. Denna typ av betongens utmattning har studerats mycket, särskilt i jordbävningsdrabbade länder. Den utmattning av betong som orsakas av stort antal lastcykler, så kallad högcyklig utmattning, aktualiserades i samband med att man placerade betongplattformar för oljeutvinning uti Nordsjön under 1970-talet och senare. Plattformarna utsattes för stora varierande vågkrafter med miljontals lastcykler. Vid den tiden existerande kunskaper var otillräckliga för att man med säkerhet skulle kunna kontrollera att ett utmattningsbrott inte skulle kunna ske. En omfattande utmattningsforskning drevs igång främst vid Norges Tekniska Universitet (NTU) och institutet Sintef i Trondheim och i Delft i Nederländerna. Även Chalmers i Göteborg och Luleå tekniska universitet (LTU) påbörjade då sådan forskning. Forskningen syftade till att utveckla dimensioneringsregler och normer för utmattning av betong, såsom Norsk Veritas regler, svenska BBK79 och Comité Internationale du Béton, CEB/FIP Model Code 1990.

Lång forskartradition

Forskargruppen i betongbyggnad på Chalmers har således en lång tradition av

forskning på utmattningsbelastad betong och har deltagit i internationella arbeten, som till exempel CEB/FIP Model Code 90, och deltagit i arbetet med den kommande versionen av Model Code. Ralejs Tepfers var på 1970- och 1980-talet pionjär vid Chalmers forskningen på utmattningsbelastad betong. En del internationellt uppmärksammad forskning även utförd som examensarbeten publicerades, Tepfers et al (1973, 1977, 1978, 1979, 1980, 1980). Ralejs Tepfers och professor Kent Gylltoft var medförfattare till ”Fatigue of concrete structures, utgiven av Comite Euro-International du beton, 1988, (CEB et al., 1988)” som varit vägledande under många år. Ralejs Tepfers arrangerade tillsammans med professor Krister Cederwall och Kent Gylltoft konferensen i Göteborg 1989 ”Fatigue of concrete structures”, (Ed. Tepfers, R., 1989). Professor Kent Gylltoft inledde forskningen i Sverige gällande modellering av betong, med finit elementmetod och brottmekanik, utsatt för cyklisk last med sitt avhandlingsarbete ”Fracture mechanics models for fatigue in concrete structures”, (Gylltoft, K., 1983), vilken lade grunden för det senaste arbete som gjorts inom området, ”Modelling of concrete subjected to cyclic loading”, (Rempling, R., 2009). Forskargruppen på Chalmers har inför utgivning av den kommande versionen féderation internationale du béton, fib, Model Code 2010 studerat utmattningsfrågan och lagt fram synpunkter, inte bara för utmattningsbelastad betong, utan även för höghållfast- och lättballastbetong. Slutsatserna är att rådande kunskaper om utmattningsfenomenet kan utvidgas till att täcka de nya betongtyperna men att sprickbildningsprocessen är olika med avseende på ballasttyp. Till skillnad från normalbetong har höghållfast- och lättballastbetong högre materialstyrka hos cementlimmet i jämförelse med ballastens. Detta medför att sprickbildningen går genom ballastkornen,

Figur 1: Resultat från högcyklig utmattning av tryckbelastad betongkub, (Bennet, E. W. & Raju, N. K., 1969). Bygg & teknik 7/09

Artikelförfattare är Rasmus Rempling, Kent Gylltoft och Ralejs Tepfers, Chalmers tekniska högskola, Göteborg. vilket skulle kunna medföra ett sprödare brott och en snabbare sprickpropagering. Fiberarmerad betong belastad av utmattningslast har hittills inte undersökts grundligt. Vid Chalmers gjordes ett par så kallade wedge splitting tests som rapporterats i (Zandi Hanjari, K., 2006). Effekten av att använda fibrer i armeringssyfte kan tänkas vara motsägelsefull. Å ena sidan överbryggar fibrer utmattningssprickorna, vilket leder till en segare respons. Å andra sidan innebär fibrer att man ökar pordensiteten och således ökar antalet spänningskoncentrationer, där en eventuell utmattningsspricka skulle kunna initieras. Responsen för utmattningsbelastad betong karakteriseras av en minskning av betongens bärförmåga med ökande antal på- och avlastningar, så kallade lastcykler. Responsen karakteriseras också av att vara olinjär både vid på- och vid avlastning. Att bärförmågan minskar med antalet lastcykler får konsekvensen att en konstruktion kan gå till brott utan att maximal statisk last uppnåtts. Detta kallas för högcyklig utmattning, illustrerade i figur 1. Det motsvarande, lågcyklig utmattning, innebär att få lastcykler leder till

Figur 2: Resultat från lågcyklig utmattning av en fritt upplagd balk, (Gylltoft, K., 1983). 21

brott, figur 2. Man har inte kunnat enas om en verklig gräns mellan högcyklig utmattning och lågcyklig utmattning. Ett riktmärke för när högcyklig utmattning övergår i lågcyklig utmattning är när lasten når över 70 till 75 procent av den statiska maxlasten. Då utvecklas tillräckligt stora kvarstående deformationer i varje cykel så att endast ett fåtal lastcykler räcker för brott. Den minskade bärförmågan kan härledas till att den tillgängliga energin för att åstadkomma ett brott måste förbrukas (figur 3), följaktligen förbrukas mindre energi i en lastcykel vid högcyklig utmattning än vid lågcyklig utmattning. Utmattningsprocessen kännetecknas också av ökande kvarstående deformation med ökat antal cykler. De kvarstående deformationer som bildas vid varje lastcykel benämns som oelastiska deformationer i motsats till de elastiska deformationer som återgår till sitt ursprungliga läge. I utmattning uppstår oelastiska deformationer vid pålastning såväl som vid avlastning. En hypotes säger att de oelastiska deformationerna som uppstår när mikrosprickor återsluts vid avlastning, uppstår på grund av friktion i sprickväggarnas oregelbundenhet och att små lösa korn hindrar sprickans fullständiga återslutning.

Figur 3: En lastcykel förbrukar energi av den tillgängliga brottenergin, (Rempling, R., 2009).

centrationer uppstår görs en djupare analys först på mesoskala och därefter på mikroskala. Ett alternativ är att använda mesoskala och mikroskala för att studera de interna materialmekanismer och använda de resultat för att kalibrera en materialmodell för makroskala. Metoden för att studera betong på mesoskala illustrerar betong som ett material bestående av

tre faser: cementpasta, ballast och en svaghetszon mellan pasta och ballast där ballasten idealiseras som stela kroppar medan cementpastan och svaghetszoner med ett randomiserat nät av möjliga sprickor. Varje möjlig spricka kopplas till en modell av materialet. För att beskriva effekten av varierande hållfasthet i cementpastan randomiseras materialegenskaperna i denna fas. Idealiseringen med tre faser gör det möjligt att variera de olika fasernas egenskaper och på så vis modellera olika typer av betong. I figur 4 visas en provkropp för tryckbelastning tillsammans med en typisk sprickbildning. Svaghetszonerna har tagits bort för tydliggöra ballastkornen.

Karakteristisk respons för utmattningsbelastad betong

I (Rempling, R., 2009) studerades, för normalbetong, utmattningsbeteendet med olika egenskaper för de tre faserna och hur dessa påverkar den karakteristiska responsen för utmattningsbelastad betong.

Metod på frammarsch

En metod som är på frammarsch för att studera betongs brottmekanik är flerskalig materialmodellering. I flerskalig materialmodellering med finit elementmetod beskriver man ett materials brottmekanik på en djupare skala. Detta gör det möjligt att ta med materialets interna struktur på ett tydligare sätt. De skalor som används är: mikroskala (materialets gitterstruktur), mesoskala (materialets interna struktur) och makroskala (homogent material). Responsen från en skala kopplas till de påverkade överliggande skalorna. Det vill säga, i ett idealt fall beskrivs mekanismer numeriskt på gitternivå medan simuleringen görs på makronivå. I de punkter, i den simulerade kroppen, där töjningskon-

Figur 4: Idealisering av betong som ett trefasmaterial, en typisk brottmod för tryckbrott med friktion mellan lastplatta och betong, samt illustration av den simulerade provkroppen. Svaghetszonerna har tagits bort för att förtydliga ballasten, (Rempling, R., 2009).

Bygg & teknik 7/09

Man studerade ballasten storlek och mĂ¤ngd, samt hĂĽllfastheten i de olika faserna pĂĽ en rektangulĂ¤r provkropp utsatt fĂśr tryck, illustrerad i figur 4. FĂśr studien anvĂ¤ndes en egenutvecklad materialmodell som Ă¤r baserad pĂĽ plasticitet och skademekanik. Kombinationen av plasticitet och skademekanik gĂśr det mĂśjligt att bestĂ¤mma fĂśrhĂĽllandet mellan elastiska och oelastiska deformationer. Materialmodellens respons fĂśr pĂĽ- och avlastning valdes till linjĂ¤r med fĂśrvĂ¤ntningen att den olinjĂ¤ra responsen skulle ĂĽstadkommas av kvarstĂĽende deformationer i trefasstrukturen. Simuleringen visar att det initiellt bildas mikrosprickor runt ballastkornen i de svaga zonerna. Dessa Ăśverbryggas sedan av mikrosprickmĂśnster i cementpastan som slutligen leder till en makrospricka. Resultat tyder pĂĽ att egenskaperna i den svaga zonen mellan cementpastan och ballastkornen Ă¤r avgĂśrande fĂśr responsen vid utmattningsbelastning, men responsen pĂĽverkas Ă¤ven av det oregelbundna mikrosprickmĂśnstret i cement pastan. Detta kan hĂ¤rledas till de friktionseffekter som uppstĂĽr i mikrosprickor runt ballastkornen och i sprickmĂśnstret. Deformationerna i sprickorna Ă¤r till stor utstrĂ¤ckning oelastiska. De empiriska laboratoriemetoderna fĂśr studium av betongens utmattning bĂśrjar nu ersĂ¤ttas av datorsimuleringar. En helt ny epok fĂśr betongkonstruktioners di-

mensionering Ă¤r pĂĽ vĂ¤g att utvecklas. Nya metoder och normkrav mĂĽste utvecklas fĂśr kontroll av exaktheten i berĂ¤kningarna och det utgĂśr en framtida utmaning fĂśr forskare, praktiker och myndigheternas kontrollorgan. â&#x2013;

Referenser

Bennet, E. W., & Raju, N. K. Cumulative fatigue damage of plain concrete in compression. International conference on structures, Solid mechanics and engineering design in civil engineering materials, Ed. University of Southampton, pp. 1089â&#x20AC;&#x201C;1102. CEB, Tilly, G., Lovegrove, M., Owen, D., Molzahn, R., Frey, R., Konig, G., Sturm, R., Gylltoft, K., Cornelissen, H., Tepfers, R., Stemland, H., & Sharp, J. (Ed.). (1988). Fatigue of concrete structures. Comite Euro-International du beton, Bulletin d'information, Secretariat permanent, p 300. Ed. Tepfers, R. Fatigue of concrete structures. Nordic Miniseminar 1989-1123- -24. Chalmers University of Technology, Division of Building Materials, Work.No. 484., Ed. GĂśteborg, Sverige, p 155. Gylltoft, K. (1983). Fracture mechanics models for fatigue in concrete structures., Doctoral thesis 1983:25D, LuleĂĽ University of Technology, LuleĂĽ p 210.

Rempling, R. (2009). Modelling of concrete subjected to cyclic loading, Doktorsavhandling, Chalmers, GĂśteborg p 169. Zandi Hanjari, K. (2006). Evaluation of WST method as a fatigue test for plain ans fibre-reinforced concrete, Examensarbete, Chalmers, GĂśteborg p 111. Tepfers, R. (1980). Fatigue of plain concrete subjected to stress reversals. Contribution to ACI Symposium at 1980 Fall Convention 23 26/9 1980, San Juan, Puerto Rico. American Concrete Institute Publication SP 75 9. pp.195 215. Tepfers, R.(1978). En undersĂśkning av betongens utmattningshĂĽllfasthet. Statens rĂĽd fĂśr byggnadsforskning. Rapport R86:1978. Stockholm 1978, p. 121. (CTH, Avd fĂśr Husbyggnadsteknik Nr 383, Publ 78:9). Tepfers, R. & Kutti, T. (1979). Fatigue Strength of Plain, Ordinary and Lightweight Concrete. Journal of the ACI, May 1979, pp. 635 652. Tepfers, R.(1980). Tensile Fatigue Strength of Plain Concrete. Journal of the ACI, August 1979, pp. 919 933. Discussion, Journal of the ACI, May June 1980, pp. 203 205. Tepfers, R. (1980). Fatigue of plain concrete subjected to stress reversals. Contribution to ACI Symposium at 1980 Fall Convention 23 26/9 1980, San Juan, Puerto Rico. American Concrete Institute Publication SP 75 9. pp.195 215.

JXdm\ibXe gÂ&#x201A; Ă&#x2022;\iX gcXe d\[ \eb\c fZ_ jkXib YXcbbfejkilbk`fe CÂ&#x20AC;kk Xkk [iX èjkXccXk`fe\i kmÂ&#x20AC;ij ^\efd YXcb\e d\ccXe jkl[j\e% CÂ&#x20AC;kk Xkk âlkX ` kXZb mXi\ [\e Â?ggeX bfejkilbk`fe\e% 9iX cÂ?jeè^Xi gÂ&#x201A; Xejclkeè^Xi d\ccXe g\cXi\ fZ_ YXcb ^\i \kk dè`dld Xm jm\kjeè^% BcXiXi _Â?^X YiXe[jbp[[jbcXjj\i lkXe YiXe[jbp[[jdÂ&#x201A;ceè^% Jpjk\d\k [`d\ej`fe\iXj \ec`^k <lifZf[\ jfd XemÂ&#x20AC;e[j ilek fd ` <lifgX%

M` [`d\ej`fe\iXi fZ_ c\m\i\iXi Â&#x20AC;m\e ?JH$YXcbXi M` Yal[\i Xcck`[ mÂ&#x201A;iX ble[\i \e ^f[ fZ_ jeXYY j\im`Z\

4WFDPO 4UFFM "# Â&#x2026; (BSOJTPOTHBUBO > )FMTJOHCPSH Â&#x2026; QBI Â&#x2026; C>U Â&#x2026; XXX TWFDPOTUFFM TF E?D Â&#x2026; PQEIJ Â&#x2026; D?D Â&#x2026; XXX TWFDPOTUFFM TF

SveconSteel 185x133 ByggTeknik.indd 1 Bygg & teknik 7/09

09-10-02 10.09.00

Ă&#x153;Ă&#x153;Ă&#x153;Â°Â?LiĂ&#x152;Â&#x153;Â&#x2DC;}Â°Ă&#x192;i

17â&#x20AC;&#x201C;18 NOVEMBER 2009 PĂ&#x2026; STOCKHOLMSMĂ&#x201E;SSAN

/" / 6 , Ă&#x160; Ă&#x160; - Ă&#x160;- -1 (/3 , "%4/.' &Â°2 $5 %N MILJÂ&#x161;ANPASSAD PRODUKTION %TT KOMPLETT SORTIMENT BETONG 2Ă&#x203A;TT UTRUSTNING 4ILLGĂ&#x2039;NG TILL KOMPETENT PERSONAL

Ă&#x2026;rets hetaste mĂśtesplats! Betongfeber Ă¤r ett forum fĂśr dig som brinner fĂśr betong. En inspirerande mĂśtesplats fĂśr arkitekter, byggherrar, fastighetsĂ¤gare, konstruktĂśrer, entreprenĂśrer m.fl. Du mĂśter idĂŠerna och framtidsvisionerna tillsammans med exempel pĂĽ spĂ¤nnande arkitektur och djĂ¤rva lĂśsningar. HĂ¤r presenteras nyheterna, tekniken och metoderna som Ăśppnar upp fĂśr nya mĂśjligheter. Branschens ledande leverantĂśrer Ă¤r pĂĽ plats fĂśr att visa dig styrkan med betong.

FĂśr f till ut ri entrĂŠ st regist Ă¤llningen rera d ig pĂĽ: beton gfebe r.se ll Hotell Betongbar b Restaurang EntrĂŠ

Konferens UtstĂ¤llning Middag/Fest

,POUBLUB FO QĂ&#x152;MJUMJH CFUPOH MFWFSBOUĂ&#x161;S SFEBO J EBH

UtstĂ¤llning & konferens & aktiviteter & fest FĂśrutom en levande utstĂ¤llning erbjuder Betongfeber ett hĂśgintressant konferensprogram med bl.a. Tunneldagen och Nordic Concrete Day, spektakulĂ¤ra tĂ¤vlingar och lite galna kringaktiviteter. VĂ¤lkommen till Nordens stĂśrsta betongmĂ¤ssa!

7XQD 7RUJ 9DOOHQWXQD 7HO )D[ 6LORYlJHQ +DQLQJH 7HO )D[ +|JGDODYlJHQ 9DOOHQWXQD 7HO )D[

Hela konferensprogrammet hittar du pĂĽ:

www.betongfeber.se Sponsorer:

- #FUPOH JOHĂ&#x152;S J -VKB (SVQQFO XXX MVKB m 24

Bygg & teknik 7/09

Vibrationer i bjälklag med förspända håldäck Historiskt sett har traditionella, platsgjutna betongbjälklag inte uppvisat problem med störande vibrationer, vilket till stor del beror på deras tunga vikt. Dagens användning av starkare betongmaterial samt förspänningsteknik har dock resulterat i slankare konstruktioner och möjligheten att bygga bjälklagselement med längre spännvidd. Denna kombination av lång spännvidd och relativt lätt vikt innebär att bjälklagen blir känsligare för vibrationer, orsakade av till exempel en person som går över golvet. Enligt Boverkets konstruktionsregler ska byggnadsverksdelar utformas så att uppkomna svängningar inte upplevs som besvärande. Men eftersom vibrationer traditionellt endast varit ett problem för lätta bjälklag, som till exempel träbjälklag, innehåller konstruktionsreglerna inga generella dimensioneringsregler för att undvika besvärande vibrationer utan endast råd om hur svängningsbenägenheten hos ett träbjälklag kan bedömas. Detsamma gäller eurokoderna. Saken kompliceras ytterligare av att det i dagsläget inte finns några tydliga gränser för acceptabla vibrationsnivåer i byggnader. Detta har sin grund i att en människas upplevelse av vibrationer är högst subjektiv och beror på en lång rad faktorer, som till exempel ålder, vikt, kroppsställning, aktivitet, förväntningar, frekvens med mera. Den mänskliga reaktionen på vibrationer i byggnader beror alltså inte bara på vibrationernas storlek utan en rad andra faktorer, även sekundära effekter som till exempel ljud eller visuella effekter påverkar uppfattningen av vibrationer. Detta innebär att det är stora skillnader i hur olika människor reagerar på samma vibration, men även att samma person kan reagera olika under olika omständigheter. Det kan nämnas att i fallet vibrationer i byggnader är den huvudsakliga reaktionen nedsatt komfort och irritation. Trots att omfattande forskning har utförts på området har det i dagsläget inte gått att ställa upp några entydiga samband Bygg & teknik 7/09

mellan vibrationsnivå och mänsklig reaktion. I den nuvarande ISO-standarden som behandlar helkroppsvibrationer i byggnader, ISO 2631-2:2003, ges därför inte heller några gränsvärden för acceptabla vibrationsnivåer i byggnader, här med motiveringen att sådana gränsvärden är för osäkra för att kunna återges i en internationell standard. Istället ges rekommendationer för hur mätningar ska utföras, utvärderas och rapporteras, för att standardisera utförandet och underlätta framtagandet av gränsvärden i framtiden. HD/F-bjälklag med lång spännvidd är ett exempel på en konstruktion som ligger i riskzonen för uppkomst av störande vibrationer. I handboken Bygga med prefab finns rekommenderade spännviddsområden för olika typer av HD/F-bjälklag, men dessa diagram beaktar inte uppkom-

Figur 1: Testbjälklag.

sten av besvärande vibrationer. Att det verkligen kan uppstå problem med besvärande vibrationer i HD/F-bjälklag, orsakade av en gående person, har visats i ett examensarbete genomfört på Lunds tekniska högskola av författaren till denna artikel. Ett av målen med examensarbetet var att bestämma en maximal spännvidd med hänsyn till vibrationer orsakade av en gående person för det minsta HD/F-bjälklaget i produktserien, HD/F 120/20. Subjektiva tester och accelerationsmätningar genomfördes därför på ett fritt upplagt testbjälklag bestående av tre sammangjutna HD/F-element, 120/20. Spännvidden på bjälklaget var åtta meter, vilket är väl under den rekommenderade maximala spännvidden. För att undersöka effekten av en 30 mm tjock pågjutning, vilket är vanligt i kontorsmiljöer, utfördes mätningarna och

Artikelförfattare är Pia Johansson, Vectura Consulting AB, Halmstad.

de subjektiva testerna både före och efter en pågjutning med betong. Mätningarna på testbjälklaget användes även för att validera en FE-modell av bjälklaget. Datormodellen av bjälklaget byggdes i finita element mjukvaran Abaqus, och användes sedan för att undersöka effekten av olika inspänningsförhållanden och olika spännvidder.

Subjektiva tester

De subjektiva testerna inspirerades av en metod framtagen av Asko Talja och Tomi Toratti på VTT Technical Research Centre of Finland. 40 personer deltog i testerna före pågjutningen gjordes, och 41 personer deltog efter pågjutningen. Av de 41 personer som deltog i testerna efter en pågjutning hade påförts, hade 19 varit med i den tidigare testomgången där bjälklaget utvärderades utan pågjutning. Under testerna ombads först testpersonen själv gå fram och tillbaka över bjälklaget, för att sedan få utvärdera vibrationer-

Figur 2: Försökspersonen fick sitta på en stol placerad vid observationspunkten samtidigt som försöksledaren gick fram och tillbaka över bjälklaget (Talja & Toratti 2004).

nas intensitet. De kunde då välja mellan: starkt märkbara, tydligt märkbara, knappt märkbara eller ej märkbara. De fick även svara på om de ansåg att bjälklaget var acceptabelt i ett nybyggt kontor, ur vibrationssynpunkt. I den andra delen av testerna fick testpersonen sitta på en stol som var placerad vid den så kallade observationspunkten, 600 mm från golvets mittpunkt. En testledare som vägde 60 kg gick fram och tillbaka över bjälklaget tre gånger och sedan ombads testpersonen åter igen utvärdera vibrationernas intensitet och om golvet ansågs acceptabelt i ett nybyggt kontor. Resultaten från de subjektiva testerna är tydliga, se figur 3. När det gäller vibrationer orsakade av testpersonen själv fann majoriteten av testpersonerna vibrationerna knappt märkbara eller ej märkbara. De allra flesta ansåg även att ur denna synpunkt var bjälklaget acceptabelt i ett nybyggt kontor. I fallet då en testledare gick över golvet fann dock majoriteten av testpersonerna vibrationerna starkt märkbara eller tydligt märkbara och bjälklaget

absolut oacceptabelt i ett nybyggt kontorshus. Det är stora skillnader i uppfattning mellan de två fallen: vibrationer orsakade av testpersonen själv och vibrationer orsakade av en annan person som går förbi. En möjlig förklaring till dessa skillnader ligger i hur den mänskliga hjärnan fungerar. När en människa går utsätts kroppen för accelerationer, i vissa fall upp till 3 m/s2, och eftersom hjärnan och nervsystemet är vana vid dessa accelerationer kan de också ignorera dem. Vid en promenad över ett bjälklag är det därför möjligt att små vibrationer hos bjälklaget inte uppfattas. Vid en jämförelse av resultaten från de subjektiva testerna före och efter pågjutning kan slutsatsen dras att en 30 mm tjock pågjutning av betong förbättrade bjälklagets vibrationsegenskaper något. Trots pågjutningen fann dock en stor majoritet testbjälklaget absolut oacceptabelt eller oacceptabelt i ett nybyggt kontor, när det gäller vibrationer orsakade av en annan person. I detta fall uppfattades vibrationerna fortfarande som tydligt märkbara

Figur 3: Resultat från de subjektiva testerna. Blå staplar är före pågjutning, gröna staplar efter pågjutning.

eller starkt märkbara av de flesta testpersonerna, precis som före pågjutningen.

Mätningar

Mätningar utfördes på bjälklaget både före och efter pågjutningen hade gjorts. Femton accelerometrar placerades ut över bjälklaget för att mäta upp accelerationerna orsakade av olika människor som gick (en och en) över bjälklaget. Varje testperson fick då fritt gå på det mellersta bjälklagselementet i golvets längdriktning. Ett antal mätningar gjordes även då testledaren från de subjektiva testerna gick över bjälklaget. I detta fall användes markerade fotspår för att säkerställa att testledaren placerade fötterna på samma ställe vid varje testomgång och mätning. Mätningarna användes även till att bestämma testbjälklagets egenfrekvenser och dämpning. Examensarbetet begränsades till att undersöka vibrationer orsakade av en person som går över bjälklaget, eftersom detta lastfall har föreslagits av många forskare som huvudlastfall i kontorsbyggnader då vibrationsegenskaper ska utvärderas. Gångtrafik är en av de största källorna till irriterande vibrationer i kontor och bostäder, då det inträffar ofta och är svårt att isolera. De uppmätta accelerationerna användes sedan som indata i två olika metoder för att uppskatta risken för störande vibrationer hos ett bjälklag, orsakade av en gående person. En av dessa metoder är framtagen av Tomi Toratti och Asko Talja, VTT Technical Research Centre of Finland. De har under många år utfört subjektiva tester och mätningar på både testbjälklag och bjälklag i nybyggda hus. Deras forskning har resulterat i en metod för att utvärdera ett bjälklags vibrationsegenskaper. De har föreslagit en klassificering av bjälklag i fem olika klasser, A till E, där A är den bästa klassen och vibrationerna vanligtvis inte är märkbara, och E är den sämsta klassen. Till varje klass hör gränsvärden på accelerationer, baserade på år av forskning. Den andra metoden återfinns i en återkallad ISO-standard. I den nuvarande ISO-standarden som behandlar helkroppsvibrationer i byggnader finns inga gränsvärden för acceptabla vibrationsnivåer givna, eftersom dessa anses variera alltför mycket för att presenteras i en internationell standard. I en tidigare version av denna standard, ISO 26312:1989, finns dock gränsvärden givna i form av baskurvor, se figur 4. Människan är olika känslig för olika frekvenser och en baskurva representerar därför vibrationsnivåer som orsakar ungefär samma störning. Baskurvorna är som lägst i området 4 till 8 Hz, det vill säga människan är mest känslig för vibrationer med detta frekvensinnehåll. Dessa frekvenser orsakar nämligen resonans hos vissa av de inre organen. Bygg & teknik 7/09

Baskurvorna ska användas tillgränsen brukar dras någonstans sammans med multiplikationsfaktomellan 7 och 10 Hz. För denna typ rer som tar hänsyn till byggnadens av golv är det den kontinuerliga deanvändningsområde, tidpunkt på dalen av människans gång, det vill gen med mera. Figur 4 visar baskursäga de successiva fotstegen, som van för vibrationer i fot-huvud-rikthar störst betydelse eftersom de kan ningen, samt kurvan som gäller för orsaka resonans hos bjälklaget. kontorsbyggnader (den övre kurVid normal gång är stegfrekvenvan). I kontorsmiljöer är sannolikhesen cirka 1,5 till 2,5 Hz. Förutom ten låg att folk klagar på besvärande denna grundfrekvens innehåller lastvibrationer om vibrationsnivåerna en från människans successiva steg ligger under kurvan som gäller för multipler av grundfrekvensen, dock kontor. Det konstateras dock i stanmed mindre amplitud än denna. En darden att dessa gränsvärden i hög promenad över ett bjälklag som har grad beror på omständigheterna och en låg första egenfrekvens kan därför förväntningar hos människor. I vissa slå an denna egenfrekvens och orsafall är det alltså möjligt att vibraka resonans. tionsnivåer som ligger lägre än kurFE-beräkningar vorna ger upphov till klagomål, Figur 4: Den tjockare linjen är baskurvan för medan det i andra fall är möjligt att Testbjälklaget som användes i studivibrationer i fot-huvud-riktningen. Den tunnare vibrationsnivåer som är högre än en var fritt upplagt på smala stöd. I linjen gäller för kontorsbyggnader. Om givna gränsvärden inte ger upphov verkliga byggnader är håldäcksvibrationsnivåerna i kontor ligger under denna till störningar. elementen sammanbundna med väglinje är sannolikheten för klagomål på störande De uppmätta accelerationerna utgar och balkar genom armering och vibrationer låg (ISO 2631-2:1989). värderades alltså både enligt Talja betong för att undvika eventuella och Torattis metod och den före detfortskridande ras. I verkligheten har ta ISO-standarden. För att kunna jämföra höra vibrationsklass C, vilken karakteri- alltså anslutningarna mellan bjälklag och med resultaten från de subjektiva testerna seras av att vibrationerna ofta är märkbara upplag ett visst rotationsmotstånd och går användes medelvärdet av de acceleratio- och vissa människor finner dem störande. därför inte att jämföra med en helt fri Om de uppmätta accelerationerna i lä- uppläggning. För att undersöka hur andra ner som mättes upp vid läget för observationspunkten, det vill säga där testperso- get för observationspunkten istället utvär- inspänningsförhållanden eller spännvidnen satt under de subjektiva testerna. Me- deras enligt kurvan från ISO 2631-2:1989, der inverkar på testbjälklagets vibrationsdelvärdet av de uppmätta acceleratio- som gäller för kontorsmiljöer, erhålls re- egenskaper byggdes en modell av bjälklasultatet i figurerna 5 och 6. Som kan ses i get i finita element programmet Abaqus. nerna orsakade av testledaren var: figurerna är vibrationsnivåerna som högst i För att minska tidsåtgången för varje beFöre pågjutning: aw,rms = 0,085 m/s2 det frekvensområde där människan är som räkning gjordes en förenkling där den Efter pågjutning: aw,rms = 0,066 m/s2 Enligt Talja och Torattis klassificering mest känslig. Dessutom är nivåerna högre komplicerade tredimensionella strukturen skulle då testbjälklaget tillhöra vibra- än kurvan som gäller i kontor, vilket inne- ersattes med ett skal med samma styvhet tionsklass D innan pågjutningen hade bär att risken för klagomål är stor. Detta och densitet som håldäckselementen. gjorts. Vibrationsklass D karakteriseras stämmer väl överens med resultaten från I datorberäkningarna applicerades lasav att vibrationerna är märkbara och de de subjektiva testerna. ten längs samma linje som användes vid Bjälklagets första egenfrekvens mättes de subjektiva testerna och mätningarna, flesta människor finner dem störande, vilket stämmer överens med resultaten från upp till 7 Hz, både före och efter pågjut- det vill säga på det mittersta bjälklagselede subjektiva testerna. Efter pågjutningen ningen. Bjälklaget tillhör alltså kategorin mentet och i golvets längdriktning. För skulle bjälklaget enligt denna metod till- golv med låg första egenfrekvens, där varje fotsteg applicerades lasten på två cirklar, som representerade häl och framfot. För att kunna jämföra med mätningarna simulerades först lasten från testledaren som gick över bjälklaget i de subjektiva testerna. I detta fall var fotstegens ungefärliga placering på testbjälklaget känd, vilket innebär att lasten kunde appliceras på samma ställe i datormodellen av bjälklaget. Därefter utfördes simuleringar med olika inspänningsförhållanden eller spännvidder, och med ett mer generellt gångmönster samt en personvikt på 80 kg. Under simuleringarna upptäcktes det att modellen var mycket känslig för den pålagda lastens frekvensinnehåll. Det viFigur 6: Efter pågjutning: Blå linje Figur 5: Före pågjutning: Blå linje sade sig att en last som hade ett frekvensvisar uppmätta accelerationsnivåer visar uppmätta accelerationsnivåer innehåll som matchade bjälklagets första orsakade av testledaren i läget för orsakade av testledaren i läget för egenfrekvens resulterade i accelerationsobservationspunkten (integrationstid observationspunkten (integrationstid nivåer i storleksordning med de uppmätta. vid beräkning av rms-acceleration är vid beräkning av rms-acceleration är En last med ett frekvensinnehåll som skil1s). Röd linje är ISO 2631-2:1989:s 1s). Röd linje är ISO 2631-2:1989:s de sig något från bjälklagets första egenbaskurva för vibrationer i fot-huvudbaskurva för vibrationer i fot-huvudfrekvens resulterade i betydligt lägre vibriktning. Svart linje är kurvan som riktning. Svart linje är kurvan som rationsnivåer jämfört med medelvärdet gäller för kontor. gäller för kontor. från mätningarna. Bygg & teknik 7/09

Eftersom endast tre olika lastfunktioner testades i datormodellen är det dock svårt att dra några klara slutsatser, exempelvis skulle eventuellt ett annat val av lastfunktion kunna ha resulterat i högre vibrationsnivåer. Det rekommenderas därför att undersöka denna känslighet för den pålagda lastens frekvensinnehåll närmare. Ett angreppssätt vid en dimensionering vore att testa flera olika lastfunktioner, eller designa en last som innehåller bjälklagets första egenfrekvenser. Det som tydligt ses i figur 7 och 8 är dock att en fast inspänning eller en minskad spännvidd leder till att området med de största vibrationsnivåerna flyttas ut ur frekvensintervallet där människan är som mest känslig. Fast inspänning eller minskad spännvidd leder båda till en högre första egenfrekvens hos bjälklaget.

Diskussion och slutsatser

Resultaten från de subjektiva testerna visade att en stor majoritet av försökspersonerna fann testbjälklaget absolut oacceptabelt ur vibrationssynpunkt i ett nybyggt kontor. Testerna visade att en 30 mm tjock pågjutning av betong förbättrade vibrationsegenskaperna något, men vibrationer orsakade av en annan person som går över bjälklaget klassificerades fortfarande som tydligt märkbara eller starkt märkbara av majoriteten av testgruppen. När de uppmätta accelerationerna utvärderades enligt Talja och Torattis klassificering av bjälklag samt baskurvorna i den före detta ISO-standarden, ISO 26312:1989, indikerade båda metoderna att sannolikheten för negativa reaktioner var stor, vilket stämmer överens med resultaten från de subjektiva testerna. En utvärdering av de uppmätta accelerationssignalerna visade att de högsta vibrationsnivåerna återfanns i frekvensintervallet där människan är som mest känslig. Baserat på de subjektiva testerna och utvärderingen av mätningarna drogs därför slutsatsen att för ett fritt upplagt bjälklag bestående av HD/F 120/20-element är en spännvidd på åtta meter inte att rekom-

Figur 7: Spännvidd åtta meter. Fast inspänt bjälklag utan pågjutning. Blå linje visar beräknade accelerationsnivåer mitt på bjälklaget. 28

mendera ur vibrationssynpunkt, inte ens med en 30 mm tjock pågjutning. Det kan argumenteras att i verkliga byggnader skulle mer inredning och innerväggar användas, vilket ökar massan som måste sättas i svängning och minskar svängningsamplituderna. Friktion mellan bjälklag och inredning eller innerväggar ökar även systemets dämpning, vilket bidrar till att minska resonanssvängningar. I verkliga byggnader består dessutom ett bjälklag oftast av fler än tre bjälklagselement, som testbjälklaget i studien bestod av. Detta ökar massan som måste sättas i svängning, men å andra sidan blir det möjligt för betydligt fler personer att gå över golvet samtidigt. Ett bjälklags dynamiska respons är alltså ett resultat av bjälklagets dynamiska egenskaper, men även samverkan med omgivningen. Exempelvis spelar randvillkoren en stor roll. I verkliga byggnader kan inte anslutningarna mellan bjälklag och vägg eller balk klassificeras som en fri uppläggning, utan anslutningar har ett visst rotationsmotstånd. Denna grad av inspänning har en positiv inverkan på bjälklagets vibrationsegenskaper genom en höjning av egenfrekvenserna jämfört med ett fritt upplagt bjälklag. På så vis flyttas vibrationerna ut ur det frekvensområde där människan är som känsligast. Det är dock svårt att veta exakt hur en anslutning kommer att fungera väl på plats i en byggnad. Det är till exempel möjligt att långa och slanka pelare i bärverket fungerar som vertikala fjädrar och sänker bjälklagets första egenfrekvens. I dimensioneringsfasen av byggprocessen brukar dessutom värsta fallet användas i beräkningarna, vilket i detta fall skulle vara ett fritt upplagt bjälklag med liten mängd inredning och innerväggar. Målet med simuleringarna som utfördes i Abaqus var att undersöka effekten som andra typer av randvillkor och andra spännvidder har på bjälklagets vibrationsegenskaper. Ett mål var även att försöka bestämma en maximal spännvidd, ur vibrationssynpunkt, för bjälklag bestående

Figur 8: Spännvidd sex meter. Fritt upplagt bjälklag utan pågjutning. Blå linje visar beräknade accelerationsnivåer mitt på bjälklaget.

Examensarbete vid LTH

Artikeln bygger på Pia Johanssons examensarbete vidLunds tekniska högskola. Handledare: Tekn dr Delphine Bard, Avdelningen för Teknisk Akustik. Examinator: Professor Sven Thelandersson, Avdelningen för Konstruktionsteknik.

av HD/F 120/20-element. Under simuleringarna upptäcktes det dock att den pålagda lastens frekvensinnehåll påverkade de resulterande vibrationerna signifikant. Det var därför svårt att dra några tydliga slutsatser angående maximal spännvidd eftersom endast tre olika lastfunktioner användes. På grund av examensarbetets begränsade tidsram var det inte möjligt att undersöka saken närmare. Datormodellens känslighet för den pålagda lastens frekvensinnehåll kunde inte urskiljas lika tydligt i mätningarna på försöksbjälklaget. Accelerationerna varierade mellan olika mätningar då samma person gick, dock var variationerna i magnitud inte så stora som i datormodellen. Kanske är det så att den mänskliga hjärnan och nervsystemet omedvetet ändrar stegfrekvensen för att matcha bjälklagets egenfrekvens bättre, och därmed svängningens frekvens, eftersom det är mer bekvämt att gå i takt med vibrationer? Sammanfattningsvis torde i alla fall denna studie motivera en försiktighet med att tänja på spännvidden för HD/Fbjälklag, men även uppmuntra till eftertanke vid dimensionering angående vibrationer i bruksgränstillståndet. ■

Referenslitteratur

Johansson, Pia, 2009: Vibration of Hollow Core Concrete Elements Induced by Walking. Rapport TVBK-5170/ TVBA5039, Lunds tekniska högskola. Talja, Asko & Toratti, Tomi, 2004: Analysis of walking induced vibration test results of floating floors and raised floors. Technical report, RTE40-IR-12/2004. VTT Building and Transport, Finland. SS-ISO 2631-1:1997: Vibration and shock-Evaluation of human exposure to whole-body vibration-Part 1: General requirements. ISO 2631-2:2003: Vibration and shockEvaluation of human exposure to wholebody vibration-Part 2: Vibration in buildings (1 Hz to 80 Hz). ISO 2631-2:1989: Evaluation of human exposure to whole-body vibration- Part 2: Continuous and shock-induced vibration in buildings (1 to 80 Hz).

Välkommen till Bygg & tekniks hemsida: byggteknikforlaget.se Bygg & teknik 7/09

Vi sätter PROFIL på Sverige

Vår grundmurade kunskap går tillbaka till1920-talet. Då handlade det hela om ett genuint hantverk. Idag är vår produktion, av fabrikstillverkade betongelement för alla typer av byggnader, ett samspel mellan datoriserad högteknologi, vår långa branscherfarenhet och ett fortsatt genuint hantverk.

Fördelarna med att anlita ett litet betongelementproffs som oss är många men kan sammanfattas i tre ord:

Finish Funktion Kvalité

Box 11, 382 21 Nybro | Besöksadress: Herkulesgatan 1 Telefon 0481-160 60 | Telefax 0481-103 74 info@nybrocement.se | www.nybrocement.se

Enkelt mätsystem för mognadsgraden i betong Intelligenta etiketter som mäter den ackumulerade temperaturen testas nu som ett enkelt mätsystem för övervakning av mognadsgraden i betong. Principen bakom tekniken demonstrerades i ett EU-finansierat projekt (SustainPack), där elektroniska etiketter utvecklades för temperaturövervakning av livsmedelsförpackningar. Nu anpassas dessa etiketter till betongens mognadsprocess. Etiketterna gjuts delvis i betongen så att de inbyggda indikatorerna är synliga. Efter att etiketten startats följer den betongens mognadsutveckling och informera användaren när tillräcklig hållfasthet uppnåtts genom att ändra färg på indikatorerna. Som bekant är betongens mognadsprocess starkt temperaturberoende, vilket innebär att hållfasthetstillväxten beror på betongens temperatur. För att man inte ska vänta längre än nödvändigt, men ändå vara säker på att betongen uppnått tillräcklig hållfasthet kan man alltså övervaka betongens temperatur. De mätutrustningar som finns idag, används inte i en utsträckning som vore önskvärt på grund av att de upplevs som dyra och svåra att hantera. Ofta förlitar man sig på en uppskattning av mognadstiden baserad på omgivande förhållanden. Förutom att skapa en källa för osäkerhet i byggprocessen, resulterar det även i onödiga väntetider, då man helst vill ha en marginal på den uppskattade mognadstiden. Osäkerheten och den något förlängda väntetiden, bidrar till högre kostnader för bygget, vilket enkelt skulle kunna undvikas genom att införa temperaturövervakning, som dock behöver vara billig och enkel att använda. Även vid tillverkning av prefabricerade byggelement finns det ett behov av temperaturövervakning. Trots att temperaturen varierar mindre är noggrannheten desto viktigare. För att kunna hålla en optimerad tillverkningstakt i den industrialiserade tillverkningsprocessen krävs en stor förståelse för och inblick i mognadsArtikelförfattare är Karin Pettersson Swerock AB, Rosersberg, och Payman Tehrani, Inorel AB, Norrköping.

Den intelligenta etiketten består av en smal mätdel och en stor displaydel (1). Efter att mätdelen gjutits i den våta betongen, kan etiketten startas med tryckknappen, som sätter igång temperaturmätningen och tänder den första indikatorn genom att ändra färgen (2). Under gjutningen kan flera indikatorer användas för att informera om betongens mognadsprocess, till exempel skulle en indikator kunna användas som förvarning och tändas ett visst antal timmar eller dagar innan betongen mognat (3). När tillräcklig hållfasthet uppnåtts tänds den sista indikatorn (4). Utseendet på etiketten och indikatorerna kan enkelt ändras i tillverkningsprocessen. processen. Här är det vikigt att veta när en gjuten betongelement har uppnått tillräcklig hållfasthet för att kunna lyftas ur formen och göra plats för nästa produktionscykel. Då tillverkningen sker inomhus med bättre kontroll över temperaturen, är det lättare här att ha en inblick i mognadsprocessen jämfört med platsgjutna konstruktioner, men avvikelser i produktionsprocessen beroende på maskin eller mänskliga faktor kan ändra mognadstiden från den normala, vilket kan få stora kostnader som följd. Även här anses existerande tekniska lösningar vara svåra att hantera för att det ska användas på varje produkt som tillverkas, även om den används i de mest känsliga produkterna.

Behov av enkel mätmetod för övervakning av temperaturen

Både i fallet med platsgjutna konstruktioner och prefabricerade byggelement finns det alltså behov av en enklare mätmetod för övervakning av temperaturen för att

ha bättre insikt i mognadsprocessen och öka produktiviteten. Det är viktigt att metoden är billig och enkelt att använda och

En stryka med tekniken är att den kan tillverkas genom tryckteknik. Med hjälp av finansiering från Vinnova utvecklar forskningsinstitutet Acreo AB i Norrköping produkter baserade på samma material och tillverkar dessa i tryckmaskinen på bilden. Bygg & teknik 7/09

Forskare inom tryckt elektronik

Projektet finansieras av SBUF, Inorel, Swerock, Abetong och Strängbetong. Inorel, som bland

annat består av forskare inom tryckt elektronik från Linköpings universitet, står för den tekniska utvecklingen medan Swerock tillsammans med andra aktörer på byggmarknaden stöttar med sitt kunnande om betong och användarvillkor. Projektledare är artikelförfattaren Karin Pettersson, chef teknik- och utveckling på Swerock. Den blandade kompetensen i projektet underlättar att problem och lösning kan ses i olika perspektiv. Projektet startades innan sommaren och ska pågå i ett år med mål att ta fram ett enkelt mätsystem för övervakning av betongens mognadsprocess. Utmaningarna i projektet är att kunna anpassa etiketten till betongen mognadsprocess, men också att kunna utforma etiketten så att den är enkel att använda. ■

Användarvänlighet är mycket viktigt, etiketterna måste kunna appliceras på ett enkelt sätt vid gjutning och kunna läsas av på ett tydligt sätt när betongen är klar.

Välkommen till Bygg & tekniks hemsida: byggteknikforlaget.se

FUKTLARM

bygg_teknik_5_2009_sv_byggtjanst.indd 2

Rädd för fuktskador?

2009-07-08 09:54:20

Mer info på

TORE HAGEN AS

att man på ett tydligt sätt kan få inblick i mognadsprocessen. Inorel utvecklar intelligenta etiketter, som kan övervaka betongens mognadsprocess och informera användaren om när tillräcklig hållfasthet uppnåtts. Tekniken är baserad på elektrokemiska komponenter, vilket har som fördel i att en avancerad funktionalitet kan utföras av enkla konstruktioner. Det ger även stor flexibilitet som kan användas för att anpassa funktionen till specifika behov. Den centrala delen i etiketten är en tid-temperatur-integrator, det vill säga en komponent som summerar temperaturen över tiden. Den skickar signal till de inbyggda indikatorerna som ändrar färg och informerar om att härdningsprocessen. Tid-temperaturintegratorn, indikatorerna och ledningsbanorna är baserade på samma material, vilket också bidrar till att förenkla tillverkningen som är baserad på screentryck eller andra befintliga tryckt tekniker.

www.finisterra.se

Övervaka trådlöst: • Möjligt läckage • Kondens • Temperatur Enkel installation av sensorer. Bli larmad via e-post eller SMS!

Sickla Industriväg 7, 131 34 Nacka ∙ Tel: 08-718 32 45 ∙ Fax: 08-718 29 07 ∙ E-post: ted@finisterra.se Bygg & teknik 7/09

Alltsedan Joseph Aspdin återuppfann sättet att producera romancement och 1824 patenterade detta som Portlandcement, har en enveten strävan funnits mot högpresterande betong. Var tid har haft sin högpresterande betong, även romartiden i form av till exempel teatern Panteon, Rom. Högkvalitetsbetong är i tiden eftersom volymen cement minskar med denna och därmed den total mängden koldioxidutsläpp i samband med tillverkning av betong. Sekundärt, med högre kvalitet hos betongen, följer även lägre transportkostnader, mindre kranar, mindre egentyngd, enklare grundläggning, lägre totalkostnader etcetera. Konservatism inom betongbranschen har dock fått till följd att högkvalitativ betong har missgynnats till fördel för större kvantiteter av lågvärdig sådan. Detta är strategiskt till förfång för hela betongbranschen och innebär kortsiktigt väsentligen högre byggkostnaderna, totalt sett, än om modern betongteknik hade vunnit intåg även i Sverige. Arbetet utfördes som en direkt följd av ett banbrytande examensarbeten om högpresterande betong ett tiotal år tidigare, [1–5]. Optimering skedde nu av en högpresterande självkompakterande varmbe-

Panteon, Rom, 118 till 126, sin och vår tids högpresterande betong.

tong (HSV) avsedd för tillverkning betongelement. Betongen skulle användas vid en temperatur av 35 ºC vid gjuttillfället och sedan härdas vid 35 ºC under fem timmar från gjutning. Vid optimeringen uppmättes betongens tryckhållfasthet vid åldrar varierande mellan fyra och sex timmar (härdning vid 35 °C), då 15 MPa ska överskridas, respektive vid 28 dygns ålder (härdning vid 20 °C i vatten) då 100 MPa ska överstigas. Underlag för optimeringen erhölls i form av delmaterial såsom cement Cemex och Skövde SH, flytmedel Glenium 51 och Glenium ACE 30, krossat berg från Skanska 2 till 5 mm och från Swerock 4 till 8 mm, sand från Baskarp B15, B20, B25, B55, B75 och B95

FOTO: CEMENTA AB

Högpresterande självkompakterande varmbetong

samt silikastoft Eka Cembinder och Elkem. Även fyra betongblandningar med stenkross 0 till 4 mm från Swerock studerades. Optimeringen utfördes vid Teknocenter, Halmstad högskola, Halmstad. Här sker en redovisning av betongsammansättning, gjutbarhet och hållfasthet

Artikelförfattare är Bertil Persson, docent, Bara.

Tabell 1: Material etcetera (kg/m³ etcetera).

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Betong HSV1 HSV2 HSV3 HSV4 HSV5 HSV6 HSV7 HSV8 HSV9 HSV10 HSV11 HSV12 HSV13 ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Silikastoft 12,6 12,7 15,8 14,4 14,8 14,8 14,5 14,5 14,4 14,5 38,7 Cemex 548 425 306 306 411 370 Skövde SH 113 102 102 103 93 484 484 484 484 464 484 484 Limus 40 67 67 0 Kross 0–4 803 321 636 619 0 B15 135 23 319 198 345 160 302 319 302 345 B25 212 274 174 384 322 47 47 0 0 B55 156 95 91 202 201 190 284 192 288 201 288 284 B70 91 44 168 225 225 0 0 B95 198 295 134 296 137 101 215 360 218 358 101 358 360 Kross 2–4 492 419 511 448 234 231 448 231 234 Kross 4–8 447 574 643 643 557 433 491 505 497 505 433 505 505 Glenium 51 12,0 9,00 8,61 8,60 14,9 11,9 0 Gl, ACE 30 9,48 7,48 10,5 7,48 7,18 7,48 7,92 Vatten 154 157 172 172 197 163 171 176 173 173 169 169 172 Vct 0,280 0,290 0,397 0,397 0,361 0,331 0,333 0,343 0,337 0,337 0,343 0,329 0,306

Bygg & teknik 7/09

Tabell 2: Arbetbarheten, densitet och temperatur (°C, etcetera)

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– HSV1 HSV2 HSV3 HSV4 HSV5 HSV6 HS7 HSV8 HSV9 HSV10 HSV11 HSV12 HSV13 ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Temp torrt (°C) 47,3 45,3 54,8 47,3 51,2 49,2 50 37,9 49,6 50,7 49,6 Densitet prel 2 415 2 475 2 446 2 447 2 532 2 417 2 409 2 412 2 412 2 412 2 412 2 408 2 431 Uppmätt 2 460 2 420 2 430 2 433 2 413 2 408 2 418 2 428 2 420 2 435 2 410 Kontroll 2 444 2 428 2 437 2 427 2 409 2 410 2 435 2 430 2 429 2 359 2 431 Cembinder 32 32 40 Temp (°C) 33,7 35,8 40,3 37 37,1 36,9 36,4 30,4 37,0 36,4 37,6 Sättmått (mm) 280 300 190 65 Flytsättmått 580 620 620 720 620 625 685 760 620 735 725 (mm) L-box (h2/h1) 0 0,91 0,71 0,74 0,94 1,00 0,74 0,929 0,97 Temp kuber 26,7 26,6 33,5 35,0 34,5 35 35,2 35,0 37,0 (°C) Flytbarhet FF FF HF TF FF SKB SKBSKB SKBSKBSKB SKB SKB sträv sträv sep ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– sep är lika med smärre separationstendens (smärre minskning av flytmedel krävs), sträv är lika med stor inre friktion med hänsyn till olämplig mineralogi, FF är lika med fullflyt, HF är lika med halvflyt, TF är lika med trögflyt, SKB är lika med självkompakterande betong.

Tabell 3: Hållfasthetsutveckling (våt kub MPa). –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Ålder (h) HSV1 HSV2 HSV5 HSV6 Ålder (h) HSV7 HSV8 HSV9 HSV10 HSV11 HSV12 HSV13 ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 7 0,0 0,0 0,0 0,0 4 2,0 7,9 2,8 9,3 2,2 2,0 4,4 16 58,0 37,5 52,2 5 6,2 24,9 8,6 27,4 7,5 6,2 8,1 48 65,1 61,4 63,0 6 27,1 37,7 21,9 37,8 15,7 27,1 19,3 72 80,8 672 97,9 83,3 672 101,5 88,2 88,9 93,2 96,7 102,7 110,0 Std.av Std.av 1,1 5,3 4,2 3,0 0,9 1,5 3,8 K K 97,3 79,9 81,6 87,2 92,7 98,2 103,2 -”-, torrt -”-, torrt 111,9 91,9 93,9 100,3 106,6 112,9 118,7

vid åldrar varierande mellan fyra och sex timmar samt vid 28 dygns ålder efter ovannämnda härdning. Arbetet utfördes under januari till mars 2007. Syftet med arbetet var att utföra en optimering av en HSV som skulle kunna gjutas med pump i trånga utrymmen, vid 35 °C, avformas fem timmar efter gjutning, då med cirka 15 MPa i tryckhållfasthet samt därefter, vid 20 °C kunna nå minst 100 MPa i tryckhållfasthet 28 dygn efter gjutning.

Material

Följande material och hantering av material tillämpades vid slutoptimeringen, tabell 1: 1. Alla material förutom vatten, Cembinder och flytmedel torkades vid 20 °C. 2. Torra material uppvägdes, vikten dubbelkontrollerades och lagrades fukttätt vid 50 °C. 3. Vattenmängden minskades med vatten i flytmedel, kross och silikastoft Cembinder. 4. Mängden silikastoft Cembinder anpassades så att korrekt mängd silikastoft erhölls. 5. Silikastoft Cembinder tillsattes med blandningsvattnet – silikastoft Elkem torrt.

2. Blandning med vatten och halva mängden flytmedel skedde under en minut. 3. Därefter skedde omedelbart blandning med allt flytmedel under två minuter. 4. Temperaturen kontrollerades med instickstermometer och noteras efter blandning. 5. Om flytsättmått större än 620 mm erhölls skedde mätning i L-box (h2/h1). 6. Densitet mättes då flytsättmått större än 620 mm samt L-box h2/h1 större än 0,7 hade erhållits.

Resultat, analys och diskussion

Metoder

Följande metoder användes: 1. Temperaturen kontrollerades med instickstermometer före det att blandning skedde. Bygg & teknik 7/09

7. Då flytsättmått större än 620 mm plus L-box h2/h1 större än 0,7 erhållits göts tre plus tre stycken 150 mm:s kuber. 8. Härdningstemperatur 35 °C under fem timmar kontrollerades med yttermometer. 9. Kuberna avformades fyra, fem eller sex timmar efter gjutning. 10. Hållfastheten provades på tre kuber med åldrarna fyra, fem och sex timmar. 11. Pålastningshastighet vid provning av hållfasthet var cirka 0,8 MPa/s. 12. Tre kuber härdades i vatten vid 20 °C fram till provningen vid 28 dygns ålder. 13. Temperatur kontrollerades med yttermometer under härdning.

Figur 1: Hållfasthet som funktion av ålder.

Arbetbarhet. Arbetbarhet, densitet och temperatur ges i tabell 2. Hållfasthet ges i tabell 3 och figurerna 1 och 2. Arbetbarheten uppfylldes för samtliga HSV6 till 13. En analys gjordes av partikelfördelning, tabell 4, figur 3 [6]. För HSV1 till 6 användes datorprogrammet Optiproph med en liten svacka i partikelfördelningen omkring 0,125 mm vilken svacka kan ha påverkat optimeringen ogynnsamt [7]. Å andra sidan erhölls god gjutbarhet med HSV6, men denna betong var ändock oanvändbar till följd av långsam hållfasthetstillväxt. För HSV7 till 13 användes datorprogrammet också Optiproph, men 33

Tabell 4: Partikelfördelning hos provade betonger.

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Siktvidd 8 6 4 2 1 0,5 0,25 0,125 0,063 0,031 0,016 0,008 0,004 0,002 0,001 (mm) ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– HSV1–6 1,00 0,86 0,74 0,65 0,55 0,46 0,37 0,27 0,24 0,18 0,11 0,06 0,03 0,02 0,01 HSV7–11 0,96 0,84 0,79 0,67 0,56 0,46 0,38 0,31 0,24 0,18 0,13 0,09 0,05 0,03 0,01

Tabell 5: Klassificering av betongtyper och materialinnehåll (%).

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Typ 1 2 3 4 5 6 –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Beteckning S83Si3Li12 S94Si3 C75S19Si3 C79S21 C100 S92Si8 HSV9-10 HSV7-8, 11 HSV5-6 HSV2 HSV1 HSV13 Betong Silikastoft 3 3 3 0 0 8 Cemex 0 0 75 79 100 0 83 94 19 21 0 92 Skövde SH Limus 40 12 0 0 0 0 0

Tabell 6: Hållfasthet (MPa) som funktion av mognadsgrad ((5+°C) • h). –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Figur 2: Tidig hållfasthet som funktion av ålder.

Figur 3: Partikelfördelning hos provade betonger.

Figur 4: Hållfasthet som funktion av mognadsgrad.

Betongtyp 1 2 3 4 5 6 (5+°C)•h –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Mognadsgrad S83Si3Li12 S94Si3 C75S19Si3 C79S21 C100 S92Si8 248 0.0 510 58.0 1310 65.1 16910 97.9 176 0 439 37 1239 61 16839 83 220 0.0 483 52.2 1283 63.0 1906 80.8 180 2.0 205 6.2 230 27.1 16868 101.5 180 7.9 220 24.9 260 37.7 16898 88.2 180 2.2 205 7.5 230 15.7 16868 96.75 180 2.8 205 8.6 230 21.9 16868 88.9 180 9.3 205 27.4 230 37.8 16868 93.2 173 2.0 198 6.2 223 27.1 16861 102.7 189 4.4 214 8.1 239 19.3 16877 110

Bygg & teknik 7/09

Dynamon System Polymerteknologi i betongens tjänst Dynamon-systemet består av speciellt utvecklade produkter för fabriksbetong, prefab och infrastrukturbyggande.

3Superplasticerare för fabriksbetong För betong som behåller gjutbarheten över lång tid.

3Superplasticerare för prefab

För betong med stora krav på tidig hållfasthet.

3Superplasticerare för SKB betong

För självkomprimerande betong utan separation.

3Superplasticerare för golvbetong

För betong med god gjutbarhet och förutsägbar avbindning.

Rescon Mapei AB Gelbgjutarevägen 6, 171 48 Solna Tel: 08-525 090 80 • Fax: 08-525 090 86 info@resconmapei.se www.resconmapei.se

www.mapei.com

ADHESIVES • SEALANTS • CHEMICAL PRODUCTS FOR BUILDING

härdning av betongelementen i fuktmät■ tad klimatkammare bör ske.

Referenser

Figur 5: Tidig hållfasthet som funktion av mognadsgrad.

Högpresterande betong i pyloner och ankare till Stora Bältbron, 1990 till 1991.

med en ideal partikelfördelning identiskt med en partikelfördelning i ett schweiziskt projekt likt föreliggande optimering, det vill säga tjugoåttadygnshållfasthet, 120 MPa, silikastoft, flytmedel Glenium ACE 30, vattencementtal är lika med 0,33 etcetera [8]. För HSV6 till 13 skedde ett byte av Cembinder (60 procent vatten) till torrt silikastoft i syfte att förbättra gjutbarheten. Tidig hållfasthet. Tidig hållfasthet 15 MPa efter fem timmar uppfylldes för HSV8 och HSV10 – efter sex timmar uppfyllde samtliga HSV7 till 13 15 MPa. En bedömning gjordes av mognadsgrad, tabellerna 5 och 6 och figurerna 4 och 5 [9]. En bedömning gjordes också av inverkan av cementtyp [10, 11]. Av figurerna 4 och 5 ges att 15 MPa ej kunde nås med cement Cemex med mognadsgrad cirka 200 (5+°C) • h utan att cement Skövde SH krävdes. Detta beror på att cement Skövde SH är mycket mer finmalt än cement Cemex, Appendix. Med tillgänglig mognadsgrad 200 (5+°C) • h erhölls ingen hållfasthet alls med cement Cemex efter sju timmar. Först vid ålder större än sju timmar erhölls 15 MPa med cement Cemex. Givetvis kunde temperaturen ha ökats men då kunde betongens beständighet ha äventyrats eftersom en maximal temperatur över 55 °C under härdningen leder till risk för ettringitbildning med den höga C3A-halt som cementen har (större än fem procent). Vid alltför hög härdningstemperatur ökar givetvis även risken för sprickbildning efter avformning, det vill säga betong bör kylas långsamt för att stora temperaturskillnader 36

ska undvikas mellan betongens yta och dess inre. HSV3 och 4 med stenmjöl hade alltför ogynnsam arbetbarhet för att göra hållfasthetsprovning relevant. Hållfasthet 28 dygn. Hållfasthetskravet vid 28 dygn, 100 MPa efter omräkning till torr hållfasthet (ökning av våt hållfasthet med 15 procent) uppfylldes för HSV7 samt samtliga HSV10 till13 [12]. Från provningarna modellerades följande samband för hållfasthetsutvecklingen (MPa): fcc = 11 • ln(((T - 5) • t) - 133,3) + (-0,197 • ln(t) + 0,317) • T + 6,61 • ln(t) - 28,6 (15 < T < 40 °C; 5 < t < 2 200 timmar)

(1)

fcc är hållfasthet för 150 mm torr kub (MPa), T är temperatur dygn 1 (°C) och t ålder (timmar).

Slutsatser

Efter omfattande optimering av en ny typ av högpresterande självkompakterande varmbetong (HSV) avsedd för betongelement, kunde följande slutsatser dras: 1. Betongsammansättning HSV10 uppfyllde ställda krav inbegripet, god gjutbarhet, god hållfasthet efter fem timmar samt efter 28 dygns härdning. 2. Om kravnivån minskas något i fråga om tidig hållfasthet uppfylldes kravnivån för HSV7 samt samtliga HSV10 till13. 3. Om kravnivån minskades även i fråga om hållfasthet efter 28 dygnuppfyllde samtliga HSV7 till 13 ställda krav. Före fullskaleproduktion av betongelement borde ett antal upprepade provgjutningar i full skala göras i betongfabrik med kontroll av gjutbarhet, temperatur, tidig hållfasthet och tjugoåttadygnshållfasthet. Erfarenhetsmässigt kan mängden flytmedel därvid minskas till cirka 80 procent av de mängder som erhålles vid laboratorieblandning. Maximal betongtemperatur 55 °C i samband med produktion bör också kontrolleras (eljest risk för ettringitbildning) samt risk för sprickbildning vid avformning och härdning. Efter-

[1] Fredrik Holst & Fredrik Myrefelt: Högpresterande betong för rationell elementproduktion. Rapport TVBM-5022. LTH Byggnadsmaterial. Lund. 1992, 55 pp. [2] Anders Johansson & Peter Johansson: Högpresterande betong för elementtillverkning – tekniska möjligheter och ekonomiska konsekvenser. Rapport TVBM-5035. LTH Byggnadsmaterial. Lund. 1997, 128 sid. [3] Bertil Persson, Anders Johansson & Peter Johansson. The Benefit of Using HPC for Prefabrication. Co-author. Concrete International. 1999, 58–62. [4] Bertil Persson. The Benefit of Using HPC for Prefabrication. Co-author. Fourth CANMET/ACI/JCI International Conference on Recent Advanced in Concrete Technology. Tokushima. 1998, 433–446. [5] Bertil Persson. High Performance SCC. Co-author. Proceedings of the 6th International Symposium on Utilization of High Strength/High Performance Concrete. University of Leipzig. Leipzig. 2002, 12731290. [6] Bertil Persson. Mix Proportions and Strength of Self-compacting Concrete for Production of High Strength Poles, Piles and Pillars. Contribution to 1. Münchener Baustoffseminar Selbstverdichtender Beton 9 oktober 2001. Ed.: Peter Schiessl. 2001, 31–39. [7] Rickard Andersson & Lars-Göran Sjökvist: Självkompakterande betong i prefabriceringsindustrin – en teknisk och ekonomisk analys. Rapport TVBM-5039. LTH Byggnadsmaterial. Lund. 1999, 48 sid. [8] Bertil Persson. Mix Proportions and Strength of SCC for Production of HighStrength Poles, Piles and Pillars. Rapport U01.05 (uppdrag åt Sacac Ltd, Lenzburg). LTH Byggandsmaterial. Lund. 2001, 11 sid. [9] Adam M. Neville & J. J. Brooks. Conrete Technology. Singapore. 1987. [10] Embra Tekniska data produktblad Rudersdorf cemex.doc. Malmö. [11] Heidelberg Cement. Cementa produktpärm. Heidelberg Cement. Danderyd. [12] Bertil Persson. Högpresterande betong struktur och hållfasthet. Rapport TVBM1009. LTH Byggnadsmaterial. Lund. 1992.

Läste Du det i Bygg & teknik? Du vet väl att Bygg & tekniks innehållsregister och mycket annat finns på vår hemsida: www.byggteknikforlaget.se Bygg & teknik 7/09

Vakuumbetong – en högkvalitativ och miljövänlig betong Vakuumbehandling av färsk betong ger tilltalande förbättringar av betongens kvalitet såsom hög tryckoch nötningshållfasthet, god planhet samt få sprickor. För industrigolv har metoden varit mycket framgångsrik under många år, men metodens användning har minskat på grund av utveckling av betongens egenskaper med tillsatsmedel och tillsatsmaterial samt laserteknik vid utläggningen.

Lasertekniken har emellertid vissa uppenbara nackdelar: Det förbrukas mycket cement och misslyckanden med den manipulerade betongen i form av sprickor och sämre kontroll av planheten. Vakuumbetong har en tydlig miljöprofil: Litet cementinnehåll, inga kemiska tillsatser och förhållandevis torr yta. Väntetid för påläggning av linoleummattor och dylikt på nygjutna bjälklag förkortas. Känslighet för uppfuktning av regn minimeras. Visst finns nackdelar. Metoden är relativt hantverksmässig. Produktionskapaciteten är måttlig. Det finns dock möjlighet till utveckling av storvakuum. Uppstickande armering, rör med mera utgör hinder för vakuummattorna. Det finns numera enkla hjälpmedel utvecklade för att hantera detta.

Historik

Metoden att vakuumbehandla färsk betong med undertryck, vakuumbehandling, uppfanns 1935 av svenskamerikanen K. P. Billner. Han var verksam på Yaleuniversitet, där för övrigt professor Abrams förklarat det tydliga sambandet mellan hållfastheten och kvoten mellan vatten och cement i betongen. Låg kvot det vill säga lågt vattencementtal betyder hög

hållfasthet. Vakuumbehandling innebär att vattenmängden i den färska betongen minskas och därmed ökar kvaliteten. Under mellankrigstiden användes metoden mest för militära ändamål. Utrustningen utvecklades vidare av uppfinnaren och hans ingenjörer. På femtiotalet började metoden att användas i civila sammanhang på kontinenten och i Sverige. I Sverige har metoden under främst sextiotalet vidareutvecklats genom viktminskning och möjlighet till enklare hantering och kombinerats med teknik för bansättning, kvarsittande form, stavvibrering, ytvibrering, maskinell planing och glättning. I Sverige märks civilingenjörerna J. Nygårds och L. Forsblad avseende ut-

Gjutningen med en enkel betong utan tillsatsmedel utförs sedan banor och armering lagts ut. Stavvibrering och ytvibrering med en vibrobalk utförs först. Ytan beläggs med en duk som utgör distanshållande filter. En överduk placeras över filtret och tätas

Bild 1: Vibrering, vakuumbehandling och glättning. vecklingen av vakuum- respektive vibreringstekniken.

Metodik

Vakuum används nästan uteslutande för horisontella ytor, där oftast kvalitetskraven är störst. Traditionellt används avdragsbanor, men det går att vakuumbehandla utan banor – så kallad lasergjutning.

Bild 2: Utläggning av betong och ytvibrering. Bygg & teknik 7/09

Artikelförfattare är Christer Molin, tekn dr Byggmiljögruppen, Solna.

mot den färska betongmassan. Den förbinds med slang till en vakuumpump av vätskeringtyp. Utsugen vätskemängd kontrolleras, bör utgöra cirka 20 procent av vatteninnehållet. Tidsåtgång blir ungefär en minut per centimeter tjocklek av konstruktionen. Den är temperaturberoende. Ytan kan beträdas ganska omgående med speciella tryckfördelande betong-

Bild 3: Överduk läggs på filter med distanskuddar.

Bild 4: Vakuumbehandling sker vanligtvis under en minut per centimeter tjocklek.

skor. Ytan jämnas till och kvalitetsförbättras med glättningsmaskin försedd med skiva och blad. Åkbara glättare med två skivor har utvecklats, som ger arbetsbesparning och jämnare yta. Spricksågning bör utföras direkt efter färdigglättningen. Den färdiga ytan fukthärdas med plastfolie eller vattenbegjutning. I samband med torra golv bör fukthärdningen utlämnas. Det går av naturliga skäl inte att gjuta så stora ytor per dag med ett arbetslag. Storleksordning 200 kvadratmeter per dag och lag är realistisk. I industrigolvsammanhang kan man nå upp till 300 kvadratmeter per dag. Arbetet måste avslutas med noggrann rengöring av all utrustning från betongrester. Uppstickande armering och rör utgör hinder. Det finns emellertid speciellt utvecklade skarvar som kan stickas ned i betongen eller najas fast vid armeringen. På toppen finns ett plastskydd med lock som placeras strax under betongytan. På locket finns en liten böjlig flagga. När betongen hårdnat kan locket och flaggan tas bort och armeringen skruvas fast. Liknande system finns för rör. Bjälklagen kan bli hinderfria, särskilt om projektören är införstådd med tillgängliga hjälpmedel.

Industrigolv

Ett stort antal industrigolv har gjutits med vakuum. Ofta föreligger högt ställda krav på planhet och buktighet, planhet om plus minus 2,0 mm på 3 m mätlängd kan erhållas. God nötningshållfasthet eftersträvas för att till exempel klara slitage av hårda truckhjul, med rullande hjulmetoden (SS 13 72 41) har värden under 0,2 mm erhållits. Ytvibrering med vibrobalk på banor, den färska vakuumbetongens justerbarhet och maskinglättning av ytan gör att mycket bra ytkvalitet erhålls. Dessutom är risken för sprickbildning och kantresning väsentligt mindre. Kantresning är ett stort problem i gjutfogar och dilatationsfogar eftersom plattan förhöjs just där den är som svagast. Fogen skadas lätt till exempel av hårda hjul. Vakuumbehandling minskar risken för kantresning eftersom uttorkningskrympningen reduceras i plattans överkant. 38

Bild 5: Åkbar och vanlig glättare.

Produktionstakten blir måttlig. Men risken för överraskningar såsom svår arbetbarhet för betongmassan och försvårad ytbearbetning, för att inte tala om omfattande sprickbildning undviks. Armeringsbehovet för sprickfördelning blir mindre då betong med lägre

tongytan sätts under vakuum överförs tryckminskningen till betongens vätskefas och fortplantar sig genom denna successivt allt längre in i betongen. Härvid ökar trycket i den fasta fasen, ballasten trycks ihop och partiklarna förs närmare varandra samtidigt som trycket minskar

Bild 6: Schabloniserad princip för vakuumbehandling. hållfasthet kan användas. Många gånger armeras plattan för lite i praktiken, vilket spelar mindre roll vid vakuumbehandling.

Mekanik och egenskaper

Med hjälp av vakuumpump, filter med distanskuddar och tätande överduk pressas vatten ur den färska betongen genom att den utsätts för ett inre tryck. När be-

lika mycket i den flytande fasen och vattnet stiger sakta uppåt. Någon förändring av de yttre krafterna, lufttrycket och betongens egenvikt, sker inte. Vattencementtalet sänks 30 till 40 procent i tvärsnittets övre del. Hållfastheten och nötningsmotståndet ökar. Porositeten/permeabiliteten minskar, vilket har stor betydelse för beständighetsegenska-

Bild 7: Hållfastheten, med eller utan vakuum, som funktion av höjdläge i betongplattan. Bygg & teknik 7/09

perna, till exempel bättre skydd mot armeringskorrosion, tidig frysning och frost. Krympningen blir väsentligt mindre, vilket begränsar sprickrisken vid uttorkning. Vakuumbehandling har en tydlig gradient, bäst effekt erhålls vid den sugna ytan. Maximalt praktiskt sugdjup ligger mellan 150 till 200 mm. Betong som ska vakuumbehandlas bör inte innehålla för mycket finmaterial. Receptet provas lämpligen på betongfabriken med hjälp av en provsugningsutrustning.

Grön betong

brytning av lim. Betongen är dessutom fri från kemiska tillsatsmedel, vilket är särskilt intressant i bostäder. Förtillverkade element borde med fördel kunna tillverkas av vakuumbetong. Man minskar därmed cementbehovet avsevärt och den initiala hållfasthetstillväxten är tilltalande ur produktionssynpunkt. Väggar, pelare och plattor med mera kan vara aktuellt.

Kostnader

Det blir inga större kostnadsskillnader mellan vakuum och laserteknik. Ökad arbetskostnad för vakuum balanseras oftast av lägre betongkostnad. Ett industrigolv utan pålning eller grundförstärkning kostar ungefär 600 kronor per kvadratmeter exklusive moms. Vakuumutrustning kostar cirka tio kronor per kvadratmeter. Vid stora gjutningar kan vakuum bli något dyrare, eftersom metoden inte är anpassad för stordrift. Minskad kostnad är alltså inget starkt argument för vakuum utan fördelen är istället teknisk kvalitet, minskad risk för misslyckande och ökad miljövänlighet. ■

En stor fördel med vakuumbetong Bild 8: Nötningens beroende av är att den innehåller mycket mindvakuumbehandling och betongkvalitet. re mängd cement, storleksordning 50 procent reducering. Cementtillverkning frigör stora mängder koldioxid. Det är svårt att reducera utsläppen eftersom ursprungsmaterialet kalk ska befrias från sin koldioxid för att bilda cement. Höga temperaturer krävs vid tillverkningen. Dessa uppnås ofta med bränning av fossila bränslen. Mycket höga temperaturer erfordras. Även om inte vakuumbetong används är det angeläget att projektöBild 9: Uttorkningskrympning som funktion av ren väljer så liten cementhalt vakuumbehandling och tid. Heldragen linje avser Referenser som möjligt som uppfyller vakuumbehandlad betong. kvalitets- och säkerhetskraTremix handbok för betongven. ytor, 2005. En modern betong innehåller en hel del ● Tidig regnpåverkan har knappast haft The Tremix Vacuum System, Rapid prokemiska tillsatser. Utvecklingen av till- någon effekt alls. duction of strong and durable concrete for satsmedel har möjliggjort en stor förbättindustrial floors, parking decks, slabs and ring av betongkvaliteten och förenklat Potential precast units for walls etc., Christer Molin, gjutning och bearbetning av betong. Vakuumbehandling används idag i ringa Nordisk Betong 2-3-1990. Vattencementtalet har kunnat sänkas till omfattning. Vanligaste användningsomVakuumbehandling av betong, Göran mycket låga nivåer, vilket innebär att rådet är industrigolv och parkeringsdäck. Dahl och Arne Johansson, CBI Forskning höga hållfastheter och beständigare be- Metoden har en större potential än så: 2:74. Det är tilltalande att använda vakuum tong erhålls. Stora resurser har lagts ned Vakuumbehandlat betonggolv på mark på att få fram denna typ av betong. Det vid reparation av äldre betongkonstruk- med underliggande värmeisolering av cellhar talats mycket om fördelarna med den- tioner. Differenskrympningen mellan be- plast, Lars-Olof Nilsson och Johan Aavik, na högpresterande och vibreringsfria befintlig och ny betong minskar avsevärt. Chalmers P-93:13. tong. Vakuumbetong kräver inga kemiska Vidare kan en betong som liknar den beUttorkning av betongbjälklag med vatillsatser och kan i många fall ändå uppnå fintliga väljas, eftersom vakuumbetongen kuumbehandling, Christer Molin, BFR R3: påminner mycket om äldre traditionell 1992. en tillfredställande kvalitet. Vid golvproduktion inomhus krävs betong. Längdutvidgningskoefficient och Betonghandboken, kapitel 12, 1992. ofta att betongen inte är för fuktig. Golv- elasticitetsmodul får hyfsad överensstämReparation av skibord, Björn Täljsten, mattornas lim kan brytas ned (förtvålas) i melse. Risken för bristande vidhäftning Vattenfall utveckling VU-S 93:38. fuktig alkalisk miljö. Vakuumbehandling och bom minimeras. De flesta material Om användning av vakuumbehandling är ett effektivt sätt att göra betongen tor- för reparation som används idag är modi- vid utförande av betonggolv och andra konrare. Avjämningsmassa (flytspackel) be- fierade med polymerer och är dyrbara. struktioner, Johan Nygård, Cement och Behöver inte användas vid vakuumbehand- Bristande vidhäftning vid pågjutning på tong 1970:3. ling. Laboratorie- och fältförsök utförda befintliga golv med dessa material är vanpå 100 mm betong på cellplast på mark lig. Reparation av utförd pågjutning måste utförda av Chalmers i samarbete med in- göras med kostnadsökning som följd. Vid produktion av bjälklag i bostadsdustrin visar följande: Välkommen till ● Torktiden sänks till minst hälften jäm- hus och kontor samt platta på mark krävs Bygg & tekniks hemsida: fört med samma betong utan vakuumbe- en yta med inte allt för hög relativ fuktighet och alkalitet vid läggning av exempelhandling byggteknikforlaget.se ● En stor del av effekten förefaller vara vis linoleumgolv. Ett miljövänligare golv erhålls utan risk för emissioner från nedökad självuttorkning Bygg & teknik 7/09

Skydda betongen i tid. Oavsett om det handlar om impregnering av broar, tunnlar, parkeringshus eller vattentorn – som betongspecialist garanterar Sto ett varaktigt skydd av betongkonstruktioner. Med vårt patenterade djupimpregneringsmedel StoCryl HG 200 förhindras nedbrytning av betongen orsakad av vatten- och kloridinträngning. Tack vare medlets mycket höga inträngningsförmåga uppnås den skyddande effekten och de vattenavvisande egenskaperna efter enbart en applicering. Impregneringen går även utmärkt att kombinera med både klotterskydd och målningssystem. Produkten är CE-märkt enligt EU:s Byggproduktdirektiv 89/106/EEG för utvändiga betongkonstruktioner och uppfyller kraven enligt SS-EN-1504-2 (Bronorm 2004). Sto Scandinavia AB | tel. 020-37 71 00 | www.sto.se

Vattenavvisande impregnering förlänger livslängden på betongkonstruktioner Impregneringsmedlen som appliceras på betongkonstruktioner används i Sverige i första hand för att skydda armeringen från vägsalter. Genom att göra betongens ytskikt vattenavstötande begränsas bland annat kloridjonernas möjlighet att transporteras in till armeringen, vilket i många fall kan förlänga konstruktionens livslängd. De flesta skademekanismer i betong är relaterade till fuktnivån i konstruktionen. En impregnering ändrar förutsättningarna för transport av fukt och kan därmed påverka hur fort skadeförloppet går. Det är viktigt att veta vilken skademekanism som är verksam, hur den påverkas av en förändrad fuktnivå och/eller fukttransport samt att veta var fukten kommer ifrån innan impregneringen utförs. Karbonatisering går till exempel som hastigast i intervallet på 50 till 70 procent relativ fuktighet beroende på betongkvalité, kloridjoner kräver en kontinuerlig vätskefas för att kunna tränga in och armeringskorrosionen som kräver tillgång av syre är som snabbast vid 85 till 97 procent relativ fuktighet. Det finns således goda skäl att bedöma situationen innan en impregnering appliceras, behandlingen kan annars få motsatt effekt och påskynda förloppet.

ringen från vägsalter. Silaner är små molekyler som transporteras in i betongen genom kapillärkrafter och reagerar på plats. Kiselatomen i silanen har fyra bindningsmöjligheter, där tre stycken utgörs av alkoxygrupper. Dessa reagerar med betongen och andra silaner i dess närhet. Reaktionen, vilken kräver ett högt pHvärde samt tillgång till vatten, resulterar i ett fint nätverk (silikonharts) på betongens porväggar. Den fjärde gruppen i molekylen utgörs av en alkylgrupp. Denna reagerar inte utan det är denna som ger impregneringen dess avsedda vattenavvisande effekt. Figur 1 visar en förenklad skiss av reaktionen.

Silaner/siloxaner i impregneringsmedel på betong har använts i Sverige sedan sent 1980-tal även om det även tidigare förekom enstaka försök. Silanen som molekyl betraktad började dock användas redan på 1940-talet men då i forskningssyfte av militären i USA. I takt med att kompositmaterial började bli allt mer intressant i militära tillämpningar växte behovet av god vidhäftning mellan glasfiber och matris. Under benämningen ”Silane Coupling Agents” undersöktes då silanen för dess förmåga att skapa starka bindningar (kovalenta) mellan oorganiska och organiska ämnen. Till betongens oorganiska yta binds en kolkedja (alkylgrupp)

Figur 1: Förenklad skiss på reaktionen hos ett silanbaserat impregneringsmedel. Vid kontakt med betongens porvatten (högt pH-värde plus vatten) polymeriseras silanerna till längre molekylkedjor (siloxaner), vilka sedan binder till betongens porväggar och formar ett fint nätverk (silikonharts).

Impregneringsmedlen som appliceras på betongkonstruktioner är i dagsläget till största del silanbaserade och används i Sverige i första hand för att skydda armeArtikelförfattare är Anders Selander, tekn lic och industridoktorand, CBI Betonginstitutet, Stockholm. Bygg & teknik 7/09

Figur 2: Den övre figuren visar kapillärer, där den impregnerade (hydrofoba) stöter bort vattnet medan den oimpregnerade suger in. Den nedre visar samma kontaktvinkel för en vattendroppe på plan yta. 41

som gör betongens yta vattenavstötande. På den svenska marknaden används i huvudsak tre stycken olika silaner till impregneringsmedel, där endast storleken på alkylgruppen varierar.

Betongens yta förändras

Figur 3: Spräckt provkropp som visar en tydlig gräns mellan impregnerad (nedre) och oimpregnerad (övre) betong.

Figur 4: Porositetens inverkan på inträngningsdjupet. Provkropparna konditionerades i ett halvår i 59 procent relativ fuktighet och behandlades med trietoxy(isooctyl)silan.

Figur 5: Fuktnivåns inverkan på inträngningsdjupet. Provkropparna konditionerades ett halvår i respektive relativ fuktighetsmiljö innan de impregnerades med trietoxy(isooctyl)silan. 42

Det som händer med betong vid en impregnering är att de fuktmekaniska egenskaperna förändras. Betong är ett hydrofilt material, det vill säga ett sugande material. Detta beror på att de fina kapillärerna i kombination med vattnets ytegenskaper ger en drivande kraft för fukttransporten i form av vätska. När en betong impregneras förändras betongens ytegenskaper från hydrofila (vattenattraherande) till hydrofoba (vattenavstötande), vilket medför vissa förändringar ur fuktmekanisk synvinkel. Detta brukar illustreras genom att definiera en kontaktvinkel α mellan vatten och betong, se figur 2 på föregående sida. Förenklat kan impregneringen ses som ett membran, där vattendroppar stoppas medan vattenånga tillåts passera. I vissa situationer kan detta ha en permanent fukthaltssänkande funktion när till exempel regn hindras från att tränga in, medan vattenånga kan diffundera ut under varma dagar. Ett utmärkt exempel på detta är den fristående 80 meter höga Skatteskrapan (numera Studentskrapan) i Stockholm, där mätningar visar att fuktnivån kunde sänkas med upp till tjugo procent när omständigheterna var de rätta. Det är dock viktigt att säkerställa vad som är orsaken till de problem som ska åtgärdas innan en impregnering utförs. Vattenånga kan visserligen passera genom det impregnerade skiktet men inte lika lätt som om det vore obehandlat. Det är därför viktigt att veta var fukten kommer ifrån så att källan inte finns innanför och fuktvandringen ut bromsas istället.

Fukt, porositet och tid påverkar resultatet

En förutsättning för att kunna utnyttja impregneringens positiva egenskaper är att medlet tränger in i konstruktionen. Stannar impregneringen på ytan kan effekten avta relativt snabbt. Inträngningsdjupet definieras som det vinkelräta avståndet från en impregnerade yta till den skarpa linjen mellan ljus och mörk betong på en spräckt och fuktad provkropp, se figur 3. Exakt hur stort inträngningsdjup som behövs varierar självklart med vilken betongkvalitet som används och vad den är utsatt för. Många beställare ställer dock krav i form av ett visst inträngningsdjup men det är inte alltid så lätt för entreprenören att uppnå det. De tre viktigaste faktorerna för alla impregneringsmedelsinträngning i betong är kontakttiden mellan betong och impregneringsmedel, betongens porositet och betongens fuktnivå vid impregneringstillfället. Med kontakttid avses här den tid betongkonstruktionens Bygg & teknik 7/09

yta kan kapillärsuga impregnevintermånaderna. Behandlingen ringsmedlet. Att dessa tre faktosom utförts på betongprover med rer har en avgörande betydelse vattencementtal lika med 0,45 för resultatet är väl dokumenterat uppfyller precis Vägverkets krioch illustreras tydligt i figur 4 terier för en godkänd behandling, och 5. Det är fel att säga att ett det vill säga 2 mm i inträngstörre inträngningsdjup alltid ger ningsdjup. Trots ett relativt sett ett bättre resultat, då detta även mediokert resultat av impregneberor på koncentrationen, men i ringen fås ändå ett mycket gott de flesta situationer hänger ett skydd. Till exempel går det att stort visuellt inträngningsdjup konstatera att den i många fall samman med en hög koncentrakritiska Cl-koncentrationen 0,4 tion. Figur 6 visar mätningar på viktsprocent fås nära 20 mm in i vattenabsorption som funktion betongen efter tre års exponering av impregneringens inträngför de obehandlade proverna. ningsdjup (40 procent innebär att Motsvarande djup för de impregimpregneringen har gett 60 pronerade ligger på endast cirka 5 cent reduktion i vattenabsorpmm. Efter fem års exponering tion). Provningarna är utförda på pekar kurvorna mot att den totala borrkärnor, vilka tagits ut ur imkloridinträngningen reduceras Figur 6: Vattenabsorptionen hos impregnerade pregnerade betongkonstruktioner med 70 till 80 procent genom prover jämfört med dess referens. Varje punkt i Stockholm. Det är en stor spridimpregneringen. Om detta håller representerar ett medelvärde av tre impregnerade ning i resultaten och ett litet inöver tid är dock svårt att svara på prover dividerat på dess tre obehandlade referenser. trängningsdjup innebär inte autoredan nu. Resultatet är en sammanställning av en studie av matiskt att impregneringen funHur länge fungerar León & Nyman som presenterades i Bygg & teknik gerar dåligt men trenden är tydbehandlingen? 7/01 samt uppföljande mätningar från 2007. lig. Ett stort inträngningsdjup innebär med största sannolikhet En viktig aspekt när det gäller att funktionen är god medan ett beständigheten är förstås livsfås av impregneringen beror förutom längden hos impregneringen. Är det nödlitet riskerar att tappa effekt tidigt. Ur ett beständighetsperspektiv är en ovan beskrivna faktorer även på expone- vändigt att upprepa behandlingen och hur lyckad impregnering självklart ett bra sätt ringen. I figur 7 på nästa sida visas ett ex- ofta i så fall? Flera försök till accelereatt förlänga livslängden hos en betong- empel från Eugeniatunneln, där väggarna rade metoder har gjorts men hur väl de konstruktion. Hur bra effekt som sedan utsätts för stora mängder vägsalter under speglar verkligheten är svårt att säga.

Bygg & teknik 7/09

Figur 7: Kloridprofiler frĂĽn provkroppar i Eugeniatunneln (Stockholm) efter ett respektive tre ĂĽrs exponering. NĂĽgra faktorer som pĂĽverkar impregneringen Ăśver tid Ă¤r dĂ¤remot kĂ¤nda. Damm och smuts som hamnar pĂĽ ytan tar relativt snabbt bort den pĂ¤rlande effekten pĂĽ ytan. UV-ljus har en nedbrytande effekt och nĂśtning pĂĽverkar impregneringen lika mycket som betongen. Dessa faktorer pĂĽverkar dock endast det allra yttersta lagret, vilket innebĂ¤r att funktionen kan finnas kvar Ă¤ven om den pĂ¤rlande effekten avtagit. Detta visar hur viktigt det Ă¤r att impregneringen nĂĽr ett visst djup innanfĂśr ytan. Det finns exempel pĂĽ behandlingar som efter femton ĂĽr fortfarande fungerar mycket bra och det finns exempel dĂ¤r behandlingar misslyckats och effekten upphĂśrt efter bara ett ĂĽr. FĂśrklaringen till denna spridning ligger i de allra flesta fall vid impregneringstillfĂ¤llet. En hĂśg fuktnivĂĽ eller en fĂśr kort behandlingstid Ă¤r de vanligaste orsakerna till att behandlingen givit ett mindre bra resultat. AlltfĂśr ofta blir utgĂĽngspunkten fĂśr diskussionen dĂĽ om impregneringar fungerar och om det verkligen Ă¤r lĂśnsamt att impregnera? Svaret Ă¤r: Ja, impregneringar fungerar om de

trĂ¤nger in och, ja, det Ă¤r lĂśnsamt om de appliceras vid rĂ¤tt tillfĂ¤lle. Om impregneringsmedlet inte trĂ¤ngt in sĂĽ utvĂ¤rderas avsaknaden av impregneringsmedlet och inte impregneringen. Vad som Ă¤r rĂ¤tt tillfĂ¤lle mĂĽste bedĂśmas frĂĽn fall till fall, men det Ă¤r tveklĂśst bĂ¤ttre att behandla tidigt under en konstruktions livstid fĂśr att fĂĽ ut mesta mĂśjliga effekt av behandlingen. Ă&#x2026;tgĂ¤rder som fĂśrlĂ¤nger en betongkonstruktions livslĂ¤ngd leder till ett bĂ¤ttre hushĂĽllande med naturresurser och dĂ¤rmed bĂĽde ekonomiska och miljĂśmĂ¤ssiga besparingar fĂśr samhĂ¤llet. Att impregnera betongkonstruktioner lĂśser inte alla fuktrelaterade problem i betong men i mĂĽnga fall Ă¤r det ett intressant alternativ som bĂśr ĂśvervĂ¤gas. NĂ¤r vi talar om ytor utan stĂĽende vatten, vilka Ă¤r exponerade fĂśr kloridjoner eller konstruktioner dĂ¤r fukthalten behĂśver sĂ¤nkas, Ă¤r en silanimpregnering ofta det bĂ¤sta alternativet. â&#x2013;

Referenser

Johansson, A., Janz, M., Silfwerbrand, J., & TrĂ¤gĂĽrdh, J., (2008): Long Term

Performance of Water Repellent Treatment-Water Absorption Tests of Field Objects in Stockholm, Int. J. Restoration of Buildings and Monuments, Vol. 14, No. 1, pp. 39â&#x20AC;&#x201C;47. Johansson, A., Nyman, B. & Silfwerbrand, J., (2008): Decreasing Humidity in Concrete Facades after Water Repellent Treatment. Proceedings, Hydrophobe V, Brussels, Belgium, April 15â&#x20AC;&#x201C;16, pp. 379â&#x20AC;&#x201C; 386. Johansson, A., Janz, M., Silfwerbrand, J., & TrĂ¤gĂĽrdh, J., (2007): Penetration Depth for Water repellent Agents in Concrete as a Function of Humidity, Porosity and Time, Int. J. Restoration of Buildings and Monuments, Vol. 13, No. 1, pp. 3â&#x20AC;&#x201C;16. Johansson, A., Janz, M., Silfwerbrand, J., & TrĂ¤gĂĽrdh, J., (2008): Long-term Measurements on Chloride Ingress in a Road Tunnel Environmentâ&#x20AC;?. Proceedings, Hydrophobe V, Brussels, Belgium, April 15â&#x20AC;&#x201C;16, pp. 327â&#x20AC;&#x201C;328. VĂ¤lkommen till byggteknikforlaget.se

Bygg & teknik 7/09

Rostfri stålarmering i betongkonstruktioner

I Sverige finns ännu endast ett fåtal betongkonstruktioner med armering av enbart rostfritt stål. Däremot förekommer att kolstålsarmering i det mest utsatta yttre skiktet vid reparation ersatts med rostfritt stål, figur 1. Den inre kolstålarmeringen är ofta så oskadad att den inte behöver bytas. En aktuell fråga är om reparationsarmering med rostfritt stål i den yttre mest utsatta delen medför ökad risk för galvanisk korrosion på kvarvarande kolstålsarmering. Uppfattningarna är delade när det gäller äldre betongkonstruktioner där betongen är karbonatiserad och klorider har trängt in. Kloriderna kan aktivera kolstålsarmeringen. Kolstålets elektrodpotential sänks, och potentialskillnaden mellan det rostfria stålet och kolstålet ökar, vilket medför en ökad risk för galvanisk korrosion på kolstålet. Det finns flera orsaker till att användningen av rostfritt stål i betongkonstruktioner inte har ökat nämnvärt trots det rostfria stålets allmänt goda förmåga att motstå korrosionsangrepp i kloridhaltiga och alkaliska miljöer. En orsak är att materialkostnaderna anses höga jämfört med vanlig stålarmering. Undersökningar utförda av vägverket i Schweiz har visat att kostnaden för brobyggen ökade mellan fyra och åtta procent om rostfri armering användes Artikelförfattare är Bror Sederholm och Jörgen Almqvist, Swerea Kimab, Stockholm.

Bygg & teknik 7/09

för rostfritt stål och passiverat kolstål i betong är jämförbara. Vid en karbonatisering av betongen, då pH-värdet i betongen sjunker från cirka 12,5 till mindre än 10, ökar risken för korrosionsangrepp på kolstålet. De rostfria stålen kommer däremot inte att bli mer utsatta för korrosionsangrepp genom karbonatiseringen. Om klorider tränger in i den karbonatiserade betongen ökar dock risken för lokala korrosionsangrepp både på kolstål och på rostfria stål. Hur stor risken är att ett rostfritt stål utsätts för korrosionsangrepp beror framför allt på halten legeringsämnen i det rostfria stålet. De legeringsämnen som har störst betydelse för förmågan att motstå gropfrätning är krom, molybden och kväve.

FOTO: WATERJET ENTREPRENAD ÖST AB

I en nyligen avslutad fältundersökning [1] som utförts på Swerea Kimab har rostfria ståls korrosionshärdighet och galvaniska inverkan på kolstål i kloridhaltig betong undersökts. Provstänger (både ihopkopplade och icke ihopkopplade), ingjutna i kloridhaltig betong, av rostfritt stål (fyra stålkvaliteter) och kolstål har exponerats utomhus i två år. Provstängernas korrosionstillstånd och korrosionshastighet har utvärderats både efter ett och två års exponering. Projektet har finansierats av Vägverket, Banverket, SBUF, Forsmarks Kraftgrupp AB, Ringhals AB, Oskarshamns Kraftgrupp AB, Outokumpu Stainless AB och Göteborgs Hamn AB .

Figur 1: Montering av rostfri armering av stålkvaliteten EN 1.4404 vid reparation av Lidingöbrons bropelare i Stockholm (2003).

istället för kolstålsarmering. I andra studier (USA) anges upp till femton procent högre kostnader. Om hänsyn tas inte enbart till direkta materialkostnader för armeringen utan också till underhållskostnader – som huvudsakligen orsakas av korrosion på stålarmeringen – under till exempel en hundraårsperiod kommer skillnaderna mellan rostfri armering och vanlig stålarmering att minska. Den totala kostnaden under konstruktionens livstid blir sannolikt lägre med rostfri armering.

Rostfria ståls korrosionshärdighet i betong

Det rostfria stålets korrosionshärdighet i en icke karbonatiserad betong kan jämföras med ett passiverat kolstål i samma miljö. De elektrokemiska potentialerna

Utomhusprovning av rostfri- och kolstålsarmering ingjuten i kloridhaltiga betongblock

I en nyligen avlutad fältprovning har rostfria ståls galvaniska inverkan på kolstål ingjuten i kloridhaltiga betongblock undersökts. Provstänger av fyra olika rostfria stålkvaliteter (EN 1.4301, 1.4401, 1.4162 och 1.4462) och provstänger av kolstål av en stålkvalitet (B500BT) ingick i provningen. Stängernas diameter var 10 mm (EN 1.4162, EN 1.4462 och B500BT eller 16 mm (EN 1.4301 och EN 1.4401). Provstängernas längd var antingen 100 eller 300 mm. Den kemiska sammansättningen av provstängerna framgår av tabell 1 och 2. Vid tillverkning av betongblock användes reparationsbetong, REP 930, från Maxit Group AB som blandades med tappvatten från Stockholm stad. Betongen innehåller en anläggningscement med en ballaststorlek på 0 till 4 mm. Betongblock-

Tabell 1. Kemisk sammansättning av rostfria provstänger (massprocent). ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Stålkvalitet Mikrostruktur Cr Ni Mn N Mo C Fe (EN) ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 1.4301 Austenit 18,12 8,64 1,43 0,066 0,31 0,027 rest. 1.4401 Austenit 16,60 11,03 1,45 0,051 2,05 0,017 rest. 1.4162 Austenit-ferrit 21,49 1,43 4,84 1,430 0,14 0,028 rest. 1.4462 Austenit-ferrit 22,24 5,32 0,99 0.171 3,13 0,023 rest.

Tabell 2: Kemisk sammansättning av provstänger av kolstål (massprocent). ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu N Fe 0,122 0,18 0,82 0,016 0,028 0,18 0,20 0,02 0,38 0,041 rest.

ens totala kloridhalt varierade mellan 0,3 och 3,3 viktprocent per cementvikt (betongblockens kloridhalt bestämdes efter avslutad exponering). Betongens vattencemental (vct) var 0,5 och det täckande betongskiktet var 15 mm. För att accelerera karbonatisering av betongblocken exponerades dessa i en atmosfär av 99,5 procent CO2. Efter sex veckor avbröts dock karbonatisering eftersom endast yttersta betongskiktet (cirka 1 mm) hade karbonatiserats. I varje betongblock fanns provstänger av både rostfritt stål och kolstål (både ihopkopplade och icke ihopkopplade) samt en referenselektrod av MnO2 för kontinuerliga mätningar av provstängernas elektrokemiska potential. För att fastställa rostfria ståls galvaniska inverkan på kolstål i kloridhaltig betong mättes en till två gånger i månaden makrocellströmmen (galvanisk ström) mellan de ihopkopplade provstängerna . Den galvaniska korrosionsströmmen bestämdes genom att kontinuerligt mäta spänningsfallet över ett 100-ohms motstånd. Den galvaniska strömmen har även kontrollerats vid några mättillfällen med en nollresistansamperemeter. I figur 2 visas en schematisk beskrivning av försöksuppställningen. Efter ett och två års utomhusexponering slogs betongblocken isär och provstängernas korrosionsutseende och korrosionshastighet utvärderades. Provstängerna hade då exponerats i betongblock med olika kloridhalt i ett korrosionsmedium, som utgjordes av både betong och stadsmiljön på exponeringsplatsen. Massminskningen (massförlusten) genom korrosionen bestämdes genom att provstängerna vägdes före exponeringen och vid exponeringens slut, efter det att provstängerna rengjorts från korrosionsprodukter och betongrester genom upprepad betning i ett betmedel, som valts med hänsyn till metallen. Provstänger av kolstål betades i Clarks lösning (20 g/l Sb2O3 och 60 g/l SnCl2·2H2O i koncentrerad HCl) vid rumstemperatur. Provstänger av rostfritt stål betades i 20 procent HNO3 i rumstemperatur. Vid beräkning av kolstålstängernas korrosionshastighet användes densiteten 7 800 kg/m3 och för de rostfria stängerna användes densiteten 7 900 kg/m3.

Schematisk beskrivning av försöksuppställning

Figur 2: Schematisk beskrivning av försöksuppställning vid mätningar av galvanisk korrosionsström. Mätningarna utfördes en gång i veckan under en period av två år. Inga synliga korrosionsangrepp kunde konstateras på de rostfria stängernas provytor som varit i kontakt med kloridhaltig betong. På några provstänger (stålkvaliteterna EN 1.4301 och EN 1.4401 i hög kloridhalt i betongblocken) förekom dock rödrost på den del av stången som varit skyddad av krympslang. Det framgick att rödrosten härrörde från både stål-

partiklar, så kallad främmande rost, som lossnat vid hålborrning av de rostfria provstängerna och från de rostfria stängerna (spaltkorrosion). Vid en jämförelse av korrosionshastigheten (bestämd genom massförlustbestämning) mellan icke ihopkopplade stänger av kolstål och stänger av kolstål ihopkopplade med rostfria stänger kon-

EN 1.4301, 2,2 % Cl-

EN 1.4401, 2,4 % Cl-

EN 1.4162 2,2 % Cl-

EN 1.4462 1,8 % Cl-

Resultat och diskussion

Rödrost konstaterades på samtliga provstänger av kolstål (både ihopkopplade och icke ihopkopplade) som varit ingjutna i betongblock med olika halter av klorider. Inga större skillnader i synliga korrosionsangrepp kunde dock konstateras mellan ihopkopplade och icke ihopkopplade provstänger av kolstål, figur 3. De rostfria provstängernas (både ihopkopplade och icke ihopkopplade) korrosionsutseende efter två års utomhusexponering i betongblock framgår av figur 3. 46

Figur 3: Korrosionsutseende hos både rostfria och kolstålsstänger efter två års exponering utomhus ingjutna i kloridhaltiga betongblock. Den långa rostfria stången har varit ihopkopplad med de tre korta kolstålsstängerna i vänstra hörnet. De två korta provstängerna i högra hörnet (en kolstål och en rostfri) har inte varit ihopkopplade. Bygg & teknik 7/09

staterades en något högre korrosionshastighet hos provstängerna av kolstål vid ihopkoppling med rostfria stänger jämfört med icke ihopkopplade kolstålsstänger. Detta gäller både efter ett och två års utomhusexponering. Den uppmätta korrosionshastigheten hos både ihopkopplade och icke ihopkopplade provstänger av kolstål var betydligt lägre efter två års exponering än efter ett års exponering. Ingen större skillnad i galvanisk påverkan på kolstålet av olika rostfria stålkvaliteter kunde konstateras figur 4. Av de kontinuerliga återkommande mätningarna (en mätning per vecka) av makrocellsströmmen (galvanisk korrosionsström) mellan olika rostfria stålkvaliteter och kolstål i betong framgår det att enbart en hög makrocellsström (galvaniska strömmar) uppmättes endast under de första 150 dagarna mellan den rostfria stålkvaliteten EN 1.4162 och kolstålet, figur 5. Den höga makrocellsströmmen mellan den rostfria stålkvaliteten EN 1.4162 och kolstålet har inte kunnat förklaras eftersom ingen större skillnad i galvanisk påverkan (genom bestämning av korrosionshastighet efter ett och två års utomhusexponering) på kolstålet av olika rostfria stålkvaliteter kunde konstateras [1].

Slutsatser

Figur 4: Korrosionshastigheten hos provstänger av kolstål efter ett och två års utomhusexponering av ingjutna kolstålsstänger ej ihopkopplade (övre diagram) och ihopkopplade (nedre diagram) med rostfritt stål.

Undersökningarna visade att rostfritt stål av olika stålkvaliteter (EN 1.4301, 1.4401, 1.4162 och 1.4462) kan kopplas ihop med kolstål i betong (med och utan klorider) i konstruktioner utomhus utan att kolstålet nämnvärt påverkas galvaniskt av det rostfria stålet. Inga korrosionsangrepp har konstaterats på någon av de rostfria provstängerna (EN 1.4301, 1.4401, 1.4162 och 1.4462) som är i kontakt med kloridhaltig betong efter två års utomhusexponering. Betongen var ytligt karbonatiserad genom koldioxidbehandling. Den galvaniska korrosionseffekten blir sannolikt större i en karbonatiserad betong eller i en betong med mycket hög fukthalt eller i en vattenmättad betong. Ett fortsättningsprojekt har nyligen påbörjats där rostfria ståls galvaniska inverkan på stålarmering i en kloridhaltig betong med en hög fukthalt kommer att undersökas. ■

Referenser

[1] Sederholm B & Almqvist J: Rostfritt stål i betong – Galvanisk inverkan på kolstål. Kimab Rapport 2008-133. Swerea Kimab, Stockholm 2008.

Figur 5: Kontinuerliga mätningar av galvanisk korrosionsström mellan provstänger av fyra olika rostfria stålkvaliteter och kolstål som funktion av tiden. Bygg & teknik 7/09

Välkommen till Bygg & tekniks hemsida: byggteknikforlaget.se 47

Hur kan raka rör leda till rakare pålar? Fråga Golder.

För en stadig grund att stå på - kontakta Golder. Vi erbjuder problemlösning och strategisk rådgivning inom områdena geooch miljöteknik. Tillsammans är vi mer än 7000 medarbetare på fem kontinenter. Läs mer på www.golder.se. www.golder.se 724_SWE_RLarsson_v1.indd 1

2/11/09 11:02 AM

Bygg & teknik 7/09

Utvärdering av bärförmågan vid genomstansning av betongplattor med skjuvarmering enligt Eurokod 2 I Eurokod 2 (EK2) för dimensionering av betongkonstruktioner, del 11 allmänna regler och regler för byggnader (EN1992-1-1), som ersätter BBK04, ges en metod för beräkning av bärförmågan vid genomstansning av betongplattor med skjuvarmering. Formlerna i EK2 är enkla att förstå och använda, men frågan är om de ger tillräcklig säkerhet för plattor med skjuvarmering. EK2 anger ingen övre gräns för hur mycket skjuvarmering som får medräknas, vilket indirekt är fallet i andra dimensioneringsanvisningar som till exempel BBK04, med dess hänvisning till Betonghandboken – Konstruktion.

Detta har uppmärksammats i flera länder där eurokoderna nu är införda. Det återspeglas i några av de nationella bilagor (NA, National Annex) med nationellt bestämda parametrar. I den svenska bilagan NA till EK2 kompletteras uttrycket för maximal stanshållfasthet med ytterligare en begränsning av den beräknade bärförmågan. Denna begränsning är baserad på jämförelser med beräkningsmetoden enligt Betonghandboken – Konstruktion. Jämförelse har tidigare också gjorts med resultat från några få genomstansningsförsök, men någon djupare analys har inte tidigare gjorts förrän nu. I denna artikel presenteras en jämförelse av resultat från 146 genomstansningsförsök på plattor med skjuvarmering som rapporterats i litteraturen med beräkningar enligt de rekommenderade uttrycken i EK2 och enligt kompletteringen i den svenska bilagan NA. Jämförelsen visar att en övre begränsning av den medräknade skjuvarmeringen, som den i den svenska bilagan NA, verkar behövas.

Artikelförfattare är Mikael Hallgren, docent, tekn dr, Tyréns AB, Stockholm. Bygg & teknik 7/09

Figur 1: Genomstansningbrott, bild från [2].

Genomstansning av pelardäck

Genomstansning av pelardäck, det vill säga armerade betongplattor som är direkt understödda av pelare utan mellanliggande balkar, är en komplicerad brotttyp som har behandlats i många forskningsprojekt. En uppdaterad state-of-theart-rapport finns publicerad som internationella betongfederationens (fib) Bulletin 12 [1]. Genstansningsbrottet beror på höga spänningar koncentrerade till ett litet område vid anslutningen mellan platta och pelare, vilket slutligen leder till att pelaren stansar genom plattan, se figur 1. Genomstansning är vanligen mycket sprött och kan ske plötsligt utan tydliga förvarningar. Bärförmågan vid genomstansning kan ökas genom flera åtgärder som till exempel ökning av plattjockleken, ökning av böjarmeringsinnehållet i plattan över pelaren eller genom att öka pelarens tvärsnittsdimension. Det mest effektiva sättet att höja bärförmågan vid genomstansning är dock att förse plattan med skjuvarmering i området nära pelaren. Detta ökar både bärförmågan och segheten av plattan, men ett eventuellt genomstansningsbrott blir än mer komplicerat och med fler variationer. Det finns många teoretiska modeller som föreslagits för att beräkna bärförmågan vid genomstansning med eller utan skjuvarmering. Några av dem, bland annat den klassiska modellen utvecklad av Sven Kinnunen och Henrik Nylander [3], är återgivna och utvärderade i state-of-the-art-rapporten [1]. De flesta teoretiska modeller syftar till att

förklara det verkliga verkningssättet vid genomstansning. De är därför oftast ganska komplicerade och lämpar sig inte för praktisk tillämpning vid dimensionering. Främst av den anledningen ges bärfömågan vid genomstansning i normer och standarder vanligen av enkla, semiempiriska uttryck. Den nya europastandarden som för närvarande håller på att ersätta BBK04, Eurokod 2 (EK2) för dimensionering av betongkonstruktioner ger en uppsättning av sådana uttryck. I denna standard, som i många andra standarder och normer, är bärförmågan vid genomstansning beskriven som en formell skjuvhållfasthet över en vertikal snittyta längs en kontrollperimeter runt pelaren. Uttrycken i EK2 är enkla att förstå och enkla att använda. Frågan som behandlas i denna artikel är dock om uttrycken ger tillräcklig säkerhet för plattor med skjuvarmering. EK2 ger nämligen ingen direkt övre gräns för hur mycket skjuvarmering som får medräknas i uttrycken, vilket annars är vanligt i andra normer. Följaktligen kan nu mycket större mängder skjuvarmering medräknas vid dimensionering för genomstansning än vad som kunnat göras före övergången till eurokoderna.

Bärförmåga vid genomstansning enligt Eurokod 2

Bärförmåga vid genomstansning av plattor utan skjuvarmering. I EK2 [4] kapitel 6.4 ges reglerna för beräkning av bärförmågan vid genomstansning. Skjuvhållfastheten vid genomstansning, här kallad stanshållfasthetet, tillämpas på ett baskontrollsnitt på avståndet två gånger 49

det vill säga att bärförmågan vid genomstansning av plattor med skjuvarmering begränsas till 160 procent av bärförmågan hos en motsvarande platta utan skjuvarmering. I jämförelse med uttryck (3) ser man att detta tillägg direkt begränsar medverkan av skjuvarmeringen till maximalt 85 procent av bärförmågan.

Genomstansningsförsök på plattor med skjuvarmering

Figur 2: Baskontrollsnitt och kontrollsnitt utanför skjuvarmering enligt EK2 [4]. den effektiva platthöjden d från pelaren, se den vänstra sidan i figur 2. För plattor utan skjuvarmering beräknas stanshållfastheten som: 200 (100ρ f ) ( √–––– ck d )

0,18 1 + vRd,c = –––– γC

1/3

(1)

där γC är partialkoefficienten för betong (satt till 1,0 i jämförelsen med försök redovisad nedan i denna artikel), d är plattans effektiva höjd i enheten mm, ρ är böjarmeringsinnehållet over pelaren och fck är den karakteristiska tryckhållfastheten för betong (satt till den uppmätta tryckhållfastheten fc i jämförelsen med försök nedan). Uttryck (1) ger stanshållfastheten vRd,c i enheten MPa. Bärförmågan vid genomstansning för plattor utan skjuvarmering kan då beräknas av: VRd,c = vRd,c d u1

(2)

där u1 är permeterlängden för baskontrollsnittet runt pelaren. Bärförmåga vid genomstansning av plattor med skjuvarmering beräknas enligt EK2 genom att addera 75 procent av bärförmågan utan skjuvarmering med den vertikala lastkapaciteten för den delen av skjuvarmering som korsar en skjuvspricka inom en radiell längd av 1,5d. Uttrycket för bärförmågan för plattor med skjuvarmering blir därmed: VRd,sc = 0,75VRd,c + + 1,5(d / sr)Asw fywd,ef sinα

(3)

fywd,ef = 250 + 0,25d ≤ fywd

(4)

där sr är det radiella avståndet mellan skjuvarmeringsenheter, Asw är tvärsnittsarean för skjuvarmering i en perimeter runt pelaren, α är lutningen av skjuvarmeringen och fywd,ef är den effektiva hållfastheten för skjuvarmeringen som ges av: där fywd,ef får enheten MPa, d ges i enheten mm och fywd är den dimensionerande hållfastheten för skjuvarmeringen (satt till den uppmätta sträckgränsen fyw i jämförelsen med försök nedan). Skjuvarmeringens hållfasthet reduceras alltså för tunna plattor. Orsaken för detta är att förankringen av skjuvarmering i tunna plattor är mindre effektiv. Uttrycket (3) gäller för bestämning av bärförmågan inom det skjuvarmerade området. Bärförmågan måste dock också 50

kontrolleras för genomstansning utanför det skjuvarmerade området. Detta görs genom att tillämpa stanshållfastheten enligt uttryck (1) på ett kontrollsnitt på avståndet 1,5d utanför den yttersta skjuvarmeringsenheten, se den högra sidan i figur 2. Detta kontrollsnitt ligger längs perimetern uout och bärförmågan vid denna perimeter beräknas av: VRd,out = vRd,c d uout

(5)

Anslutningen mellan platta och pelare måste dessutom kontrolleras för tryckbrott i den lutande strävan som bär lasten från plattan till pelaren. Detta görs genom att beräkna en maximal bärförmåga vid genomstansning enligt: VRd,max = vRd,max d u0 =

(

)

fck = 0,6 • 0,5 1 - –––– f du (6) 250 cd 0 där u0 är längden av perimetern runt pelaren, och där fck och fcd är den karakteristiska respektive den dimensionerande tryckhållfastheten för betong (båda satta till den uppmätta tryckhållfastheten i jämförelsen med försök nedan). Kompletterande begränsning av bärförmågan enligt den svenska bilagan NA. I uttrycken enligt EK2 redovisade ovan är kvoten 0,18/γC i uttryck (1), avståndet från skjuvarmeringen till kontrollsnittet vid perimetern uout i uttryck (5) och den maximala stanshållfastheten vRd,max i uttryck (6) rekommenderade värden för nationellt valbara parametrar (NDP). Dessa NDP ges varje lands nationella bilaga NA. I den svenska bilagan NA är alla rekommenderade värden enligt ovan antagna, men det föreskrivs ytterligare en begränsning av den maximala bärförmågan:

VRd,max(SweNA) = 1,6 • VRd,c

(7)

Den internationella betongfederationens state-of-the-art-rapport om genomstansning [1] innehåller också två databaser med dimensioner, materialegenskaper och resultat från genomstansningsförsök rapporterade i den vetenskapliga litteraturen från 1938 till 1999. Databaserna innehåller 205 försök på plattor utan skjuvarmering och 150 försök på plattor med skjuvarmering. Den senare databasen är den som har använts vid jämförelserna med beräkningarna redovisade nedan. Variationen av dimensioner och materialegenskaper i denna databas visas i tabell 1. Databasen innehåller bara försök där konventionell skjuvarmering har använts, det vill säga byglar, nedbockad böjarmering, krokar och skjuvstegar. Speciella skjuvarmeringssystem, som till exempel shear rails (skjuvbultar svetsade på plattstål) eller anordningar med I-balkar i konstruktionsstål över pelare är inte medtagna i databasen.

Jämförelse av försöksresultat med beräkningar enligt Eurokod 2

Bärförmågan vid genomstansning enligt EK2:s uttryck presenterade ovan har beräknats för försöksplattorna med skjuvarmering som ingår i databasen [1]. Ett försök som ingick i en försöksserie [2] saknas dock i databasen och har lagts till här. Fem försök i databasen gav extrema resultat i beräkningen och är därför exkluderade i jämförelsen. De troliga orsakerna till de extrema resultaten är mycket små pelarbredder i två försök, endast ringformas böjarmering och ingen radiell böjarmering i ett försök, samt trolig vidhäftningsbrott i ett försök. I ett försök användes extremt stor mängd skjuvarmering, men det saknas information om skjuvarmeringens placering i plattan, vilket gör det omöjligt att beräkna vilket av EK2:s uttryck för stanshållfasthet som blir dimensionerande. Uteslutningen av

Tabell 1: Variation av egenskaper i försöken på platter med skjuvarmering sammanställda i [1], där a är skjuvspannet, fsy är den uppmätta sträckgränsen för böjarmeringen och c är pelarens tvärsnittsdimension. Övriga beteckningar enligt text i artikeln. ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– ρ Slankhet d fc fsy c/d Asw/d a/d [mm] [%] [MPa] [MPa] [mm] ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 0,6 – 10,0 83 – 669 0,2 – 3,0 14 – 92 270 – 811 0,4 – 2,5 2 – 60 Bygg & teknik 7/09

SCP GÖTEBORG

HÅLLER MÅTTET

Införandet av eurokoder inom byggsektorn sker nu successivt. Inom en snar framtid är koderna en del av konstruktörernas vardag i Sverige. Vi på Tibnor har låtit undersöka vad som kommer att gälla angående skarvning av nät. Fingerskarvade nät får klarare regler och det ställs hårdare krav vid skarvning av traditionella nät. Alla nät från Tibnor klarar de nya kraven. Så för dig som har oss som partner är det bara att fortsätta bygga i lugn och ro.

www.tibnor.se

Informationen baserar sig på ett examensarbete från Karlstads universitet på uppdrag av Tibnor. Läs mer om Tibnors fingerskarvade nät, de nya normerna och vårt sortiment av t ex inläggningsfärdig armering på www.tibnor.se

Tabell 2: Jämförelse mellan uppmätta brottlasten Pu och beräknad genomstansningslast VR. ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Alla 146 försök 26 försök där uttryck (7) gav lägst VR –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Pu/VR,EN Pu/VR,SweNA Pu/VR,EN Pu/VR,max(SweNA) –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 1,13 1,17 0,95 1,18 Medelvärde Standard0,22 0,21 0,23 0,26 avvikelse

dessa fem försöken bedöms därför som rimlig. De återstående 146 försöken ingår i jämförelsen presenterad nedan. Tabell 2 ger medelvärden och standardavvikelser för kvoten mellan den uppmätta brottlasten Pu från försöken och den lägsta beräknade bärförmågan vid genomstansning enligt de rekommenderade EK2 uttrycken (3), (5) och (6) (betecknad VR,EN), de lägsta av uttrycken (3), (5), (6) och (7) enligt den svenska bilagan NA (betecknad VR,SweNA), respektive den extra begränsningen i uttryck (7) enligt den svenska bilagan NA (betecknad VR,max(SweNA)). I den statistiska utvärderingen med alla försök visar jämförelsen endast en liten

förbättring av säkerheten och ungefär samma spridning av kvoterna när den extra begränsningen enligt den svenska bilagan NA läggs till i jämförelsen. Endast i 26 fall av försöken gav den extra begränsningen den lägsta beräknade bärförmågan. Men för dessa 26 försök ökade säkerheten signifikant från en kvot mellan uppmätt och beräknad last (lastkvot) under 1,0 till en kvot större än 1,0 och därmed på säkra sidan. Figur 3 visar lastkvot som funktion av försöksplattans slankhet. Figuren indikerar också vilket villkor enligt EK2 och den svenska bilagan NA som gav den lägsta beräknade bärförmågan för varje platta.

Figur 3: Kvoten uppmätt/beräknad last Pu/VR mot slankheten (skjuvspann/effektiv höjd) a/d. Tabell 3: Statistisk utvärdering av de olika brottvillkoren. ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Lägsta brott villkor Lastkvot MedelStandardAntal enligt uttryck: värde avvikelse försök ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 1,06 0,29 23 (6) Pu/VR,max (6) eller (7) Pu/VR,SweNA 1,24 0,23 23 (3) Pu/VR,cs 1,15 0,22 33 (3) eller (7) Pu/VR,SweNA 1,17 0,21 33 (5) Pu/VR,out 1,14 0,20 90 (5) eller (7) Pu/VR,SweNA 1,15 0,20 90 52

Figur 3 illustrerar det extra villkor enligt uttryck (7) ökar säkerheten speciellt för de plattor, där de rekommenderade villkoren enligt EK2 ger bärförmågor mycket på den osäkra sidan. Vidare visar diagrammet i figuren att denna ökning av säkerheten främst avser plattor som enligt de rekommenderade villkoren skulle gå till brott på grund av brott i trycksträvan enligt VR,max i uttryck (6) eller på grund av genomstansning genom det skjuvarmerade området enligt VR,cs i uttryck (3). Detta visas också i tabell 3 som ger medelvärden och standardavvikelser för lastkvoter för de olika brottmoden enligt de rekommenderade villkoren i EK2. Den största ökningen av säkerhet genom införandet av det extra villkoret hittas för plattor som enligt de rekommenderade uttrycken i EK2 skulle gå till brott genom brott i trycksträvan, det vill säga VR,max. En liten ökning av säkerhet fås för plattorna som enligt EK2 skulle få genomstansning genom området med skjuvarmering, det vill säga VR,cs. För plattor som enligt EK2 skulle går till brott med genomstansning utanför skjuvarmeringen, det vill säga VR,out, erhålls ingen signifikant ökning av säkerheten med extravillkoret enligt den svenska bilagan NA. Den rekommenderade övre begränsningen VR,max är proportionell mot betongens tryckhållfasthet fc, se uttryck (6). Figur 4 visar hur en ökning av betonghållfasthet tydligt minskar säkerhetsnivån med de rekommenderade uttrycken. När extravillkoret enligt svensk NA läggs till vid beräkningen ger det en liknade minskning av säkerheten, men på en högre och säkrare nivå. Figur 5 visar att ökning av skjuvarmeringsmängd också ger en negativ trend av säkerheten med användning av de rekommenderade villkoren enligt EK2. Tillägget av extravillkoret enligt den svenska bilagan NA ändrar trenden och ökar säkerheten. En liknande effekt fås om man plottar lastkvoten Pu/VR,max mot kvoten mellan pelarbredden och plattans effektiva höjd c/d för samma försök, figur 6. Figur 7 visar en del av utvärderingen av plattorna som teoretiskt går till brott med genomstansning inom det skjuvarmerade området. Här ökar också säkerheten för plattor med stora skjuvarmeringsmängder om extravillkoret enligt den svenska bilagan NA används.

Slutsatser

Genom jämförelser med försök i databasen [1] med beräknade bärförmågor enligt EK2 [4] och den svenska bilagan NA [5], har det visats att ett extra villkor som begränsar bärförmågan vid genomstansning av plattor med skjuvarmering är motiverad. Extravillkoret enligt [5] ökar säkerhetsnivån till kvoter mellan uppmätt och beräknad brottlast över 1,0 särskilt för plattor med hög betonghållfasthet, Bygg & teknik 7/09

Figur 4: Lastkvot Pu/VR mot betongens tryckhållfasthet fc (brott enligt villkor VR,max).

Figur 5: Lastkvot Pu/VR mot relativ skjuvarmeringsmängd Asw/d (brott enligt villkor VR,max).

Figur 6: Lastkvot Pu/VR mot relativ pelardimension c/d (brott enligt villkor VR,max).

Figur 7: Lastkvot Pu/VR mot relativ skjuvarmeringsmängd Asw/d, (brott enligt villkor VR,cs).

stora skjuvarmeringsmängder och stora pelardimensioner. ■

Referenser [1] Reineck K.-H. et al. 2001. Punching of Structural Concrete Slabs. Technical report, bulletin 12, fib, Lausanne. [2] Hallgren M. 1996. Punching Shear Capacity of Reinforced High Strength

Concrete Slabs. Bulletin 23, Dept. of Structural Eng., KTH, Stockholm. [3] Kinnunen S. & Nylander H. 1960. Punching of Concrete Slabs Without Shear Reinforcement. Transactions of the Royal Institute of Technology (KTH), No. 158, Stockholm. [4] EC2 2004. EN 1992-1-1, Eurocode 2: design of concrete structures – part 1-1:

General rules and rules for building. CEN, Bryssels. [5] Svensk nationell bilaga NA till EN 1992-1-1, 2008. Svensk Standard SS-EN 1992-1-1:2005 Bilaga NA. Swedish Standards Institute, Stockholm. Välkommen till byggteknikforlaget.se

Täckskiktsmätare Micro Covermeter 8020 Mätare för bestämning av armeringsjärnets djup och riktning. Nu kan du växla mellan mätdjup 0-120 mm och 0-200 mm med samma mätsond

BETONG - BALLAST - CEMENT - GEOTEKNIK

www.kontrollmetod.se Bygg & teknik 7/09

S. Långebergsgatan 18 421 32 V. Frölunda Tel 031-748 52 50 Fax 031-748 52 60

Uppdatering av FE-modeller med hjälp av fältmätningar Verklighetsförankrad utvärdering av konstruktioner Ett problem vid utvärdering av konstruktioners verkningssätt och bärförmåga är de ofta mycket stora osäkerheter som finns rörande beräkningsförutsättningarna. En del osäkra parametrar kan bestämmas genom till exempel provtagning medan andra är omöjliga att bestämma direkt. Att uppdatera FE-modellen av konstruktionen med hjälp av fältmätningar kan vara en lösning på detta problem. Genom uppdatering fås strukturmodeller som stämmer överens med verkligheten, onödiga antaganden på säker sida kan undvikas och det blir möjligt att utnyttja befintliga konstruktioner bättre. Finita elementmetoden (FEM) har blivit ett allt viktigare hjälpmedel för dimensionering och utvärdering av konstruktioner. Det är idag en väletablerad metod och det finns ett stort utbud av kommersiella beräkningsprogram baserade på FEM. Många sådana program erbjuder omfattande modelleringsmöjligheter med imponerande grafisk återgivning av modell och resultat. Detta kan ge intryck av en mycket hög noggrannhet, men i många

Artikelförfattare är Hendrik Schlune, Mario Plos och Kent Gylltoft Chalmers tekniska högskola, Institutionen för byggoch miljöteknik, Avdelningen för Konstruktionsteknik, Betongbyggnad, Göteborg.

Figur 1: Svinesundsbron.

fall motsvarar de detaljerade resultaten inte den verkliga responsen. Trots mycket detaljerade modeller uppträder ofta skillnader mellan verklig och numeriskt simulerad respons på över hundra procent, [1]. En av huvudorsakerna till dessa stora skillnader är de osäkerheter som oundvikligen uppträder när man ska modellera komplexa konstruktioner. Typiska exempel är kopplingen mellan olika delar av strukturen och konstruktionens randvillkor. Dessa har stor inverkan på konstruktionens respons men är ofta väldigt svåra att bestämma. För att inte överskatta konstruktionens bärförmåga görs ofta konservativa antaganden i modellen, antaganden ”på säker sida”. Sådana antaganden innebär dock att konstruktionens verkliga respons inte återspeglas i analysen och att bärförmågan ofta underskattas kraftigt. För befintliga konstruktioner kan detta få allvarliga ekonomiska konsekvenser då de konservativa antagandena kan leda till kostsamma förstärkningar eller till och med till att konstruktioner döms ut i onödan. Med hänsyn till de kostsamma konsekvenserna kan det vara väl värt att spendera en del extra pengar på att förbättra den ursprungliga FE-modellen. Detta gäller särskilt för befintliga konstruktioner eftersom man här faktiskt har tillgång till ”facit” i form av den verkliga konstruktionen. Att kalibrera FE-modellen mot strukturens verkliga respons, bestämd genom fältprovningar och -mätningar, ger möjlighet till en bättre förståelse av konstruktionens beteende och den ursprungliga FE-modellen kan förbättras så att den

bättre speglar den verkliga responsen. Detta angreppssätt bygger i grunden på ett naturvetenskapligt synsätt där en matematisk modell, i detta fall FE-modellen, ställs upp baserat på en hypotes om hur verkligheten fungerar. Modellen valideras sedan med hjälp av observationer av verkligheten. Om det finns brister i överensstämmelsen kan modellen förbättras och valideras på nytt. Även om detta är väletablerade vetenskapliga principer, är tillämpningen på FE-modeller för att beskriva konstruktioners verkningssätt fortfarande ett aktivt forskningsområde. Under benämningar som ”uppdatering av finit elementmodeller” (finite element model updating) och ”strukturidentifikation” (structural identification) har omfattande forskning gjorts för att kombinera nyttan av fältförsök och FEM.

Svinesundsbron som fallstudie

Ett sådant projekt genomfördes av Chalmers tekniska högskola, Betongbyggnad med finansiering från Vägverket och Banverket, [2, 3, 4]. I projektet användes den nya Svinesundsbron som ett tillämpningsexempel för att pröva och vidareutveckla metoder för att kombinera fältmätningar med FE-modeller för utvärdering av broar, se figur 1. Svinesundsbron valdes för fallstudien eftersom bron utrustades med omfattande instrumentering och ett stort mätprogram genomfördes för bron under ledning av KTH Brobyggnad. De flesta av de mätningar som användes i projektet var från den provbelastning som genomfördes under två dagar innan bron togs i drift, se [5] och figur 2. Under utbyggnaden och innan provbelastningen monterades ett stort antal mätinstrument och givare. Trådtöjningsgivare göts in i betongen för att mäta töjningen i bågen, lastceller mätte kraften i vissa av hängarna, se figur 3, och totalstationer användes för att mäta brons deformationer. Under provbelastningen placerades åtta fullastade lastbilar i olika positioner längs bron, och responsen registrerades. Dessutom bestämdes brons egenfrekvenser experimentellt med hjälp av mätningar med accelerometrar under de första månaderna bron var i drift, se [6] och figur 4. Bygg & teknik 7/09

Figur 2: Provbelastning av Svinesundsbron, från [5].

Figur 4: Accelerometer för att mäta den dynamiska responsen.

Den experimentellt uppmätta responsen jämfördes sedan med den respons som bestämts med den ursprungliga FEmodellen, se figur 5. Denna FE-modell var mycket lik den som användes vid dimensioneringen av bron. Jämförelsen av resultaten gjorde det möjligt att identifiera möjliga källor till felaktigheter i FE-modellen, felkällor som på detta vis kunde

Figur 3: Lastceller för att mäta hängarkrafter.

elimineras. Generellt sett var överensstämmelsen mellan den ursprungliga FEmodellen och mätresultaten god och endast mindre förändringar av FE-modellen behövde göras. Vi fann dock att bron var styvare än vad som ursprungligen hade antagits. Dessutom kunde vi konstatera att den olinjära responsen hos brons lager var viktiga att räkna med för att få bättre överensstämmelse med mätningarna. För att finjustera några av modellens parametrar användes en optimeringsalgoritm. Denna justerade några förvalda modellparametrar i en iterationsprocess så att skillnaden mellan den numeriskt beräknade responsen och mätresultaten minimerades, se figur 6. Den slutliga förbättrade FE-modellen återspeglade den verkliga, uppmätta, responsen betydligt bättre än den initiella. Som ett exempelvis kan nämnas att brons andra egenfrekvens beräknades till 0,46 Hz med den ursprungliga FE-modellen men till 0,86 Hz med den

slutliga, vilket stämde betydligt bättre överens med den uppmätta egenfrekvensen på cirka 0,85 Hz, se figur 7 på nästa sida. Den relativt goda överensstämmelse som erhölls mellan den ursprungliga FEmodellen och den verkliga konstruktionen i fallet Svinesundsbron är emellertid inte något som man alltid kan räkna med. I ett liknande studie på Forsmobron [7], en stålfackverksbro på Norra stambanan över Ångermanälven, var skillnaden mellan uppmätta och beräknade töjningar över hundra procent i många av fackverkselementen. I den studien konstaterade författarna att det inte är möjligt att utvärdera broar liknande Forsmobron med tillräcklig noggrannhet utan uppdatering av FE-modellen.

Metodik för utvärdering med hjälp av modelluppdatering

Baserat på fallstudien rekommenderas följande generella metodik för utvärde-

Figur 5: Finit elementmodellen av Svinesundsbron. Figur 6: Principiellt flödesschema för uppdatering av FE-modellen, från [4].

Bygg & teknik 7/09

… och svarar

a) b) c) d) e) f) g)

Figur 7: Egenmoder och egenfrekvenser hos den initiella och den uppdaterade FE-modellen (med deformationerna kraftigt överdrivna). ring av befintliga konstruktioner [2]. Då den initiella strukturmodellen av konstruktionen tas fram identifieras samtidigt de huvudsakliga osäkerheterna i den. Därefter undersöks vilka av de osäkra förutsättningarna och modellparametrarna som är kritiska med avseende på undersökningens syfte, exempelvis för att kunna bestämma konstruktionens bärförmåga. Om dessa förutsättningar och parametrar kan bestämmas direkt genom till exempel materialprovning eller inspektioner är detta att föredra och genomförs lämpligen innan man går vidare. Om osäkerheterna däremot inte kan bestämmas genom direkt provning eller undersökning av den aktuella parametern kan dessa i många fall bestämmas genom uppdatering av FE-modellen med hjälp av fältprovning. Vid fältprovningen mäter man dock responsen hos andra parametrar än de man egentligen söker. Det är därför viktigt att fältprovningen utformas så att förändringar hos de sökta parametrarna ger utslag i mätresultaten. Utformningen av fältprovet definieras av valet av sensorer, deras placering, belastningen och lastens placering. Ett antal svårigheter som uppträder vid fältmätningar på stora konstruktioner måste särskilt beaktas [8]. För stora konstruktioner som broar finns det många faktorer som kan ha en avsevärd inverkan på mätresultaten, men som samtidigt är svåra att ha under kontroll. Detta gäller till exempel variationen hos betongens materialparametrar, konstruktionens inre krafter, miljöbelastningar som temperaturändringar och vind, plötsliga eftergifter i upplag och andra olinjära effekter. Det kan därför vara en utmaning att hitta en provningsutformning som gör det möjligt att bestämma de osäkra parametrarna utan att resultatet påverkas av sådana svårkontrollerade faktorer. Efter att fältprovet utförts måste insamlad mätdata analyseras och utvärderas, varefter FE-modellen slutligen kan justeras så att den bättre överensstämmer 56

med verkligheten. Då FE-modellen jämförs med mätresultaten är det viktigt att alla konservativa antaganden, ”på säker sida”, ersätts med så realistiska antaganden som möjligt. Modelluppdateringen börjar lämpligen med en manuell uppdatering av modellparametrar, där varje förändring av modellen måste kunna rättfärdigas som fysikaliskt rimlig. Modellen kan därefter finjusteras med hjälp av en optimeringsalgoritm. Slutligen utvärderas modellen med dess kritiska parametrar och tillförlitligheten och noggrannheten bedöms. Om vissa parametrar fortfarande har betydande osäkerheter införs konservativa antaganden på nytt innan modellen används för att till exempel utvärdera bärförmågan. Det är också nödvändigt att bedöma om förändringarna som införts även gäller för de förhållanden konstruktionen ska utvärderas för, till exempel för högre lastnivåer än vid fältförsöket.

Slutsatser

Kombinationen av FE-analyser och fältmätningar ger en unik möjlighet att få en djupare förståelse för konstruktioners verkliga verkningssätt. Mätningarna kan användas för att förbättra noggrannheten hos FE-modellen, som sedan kan användas för att utvärdera konstruktionen för förhållanden som man inte vill utsätta den för i verkligheten. Kombination av FEanalyser och fältmätningar bedöms vara ett mycket kraftfullt verktyg för förbättrade utvärderingar av befintliga konstruktioner. ■

Referenser

[1] ASCE SEI Committee on Structural Identification of Constructed Systems. Structural Identification of Constructed Facilities: Approaches, Methods and Technologies for Effective Practice of St-Id: A State-of-the-Art Report. 2009. [2] Schlune H, Plos M & Gylltoft K. Improved bridge evaluation through finite element model updating using static and dynamic measurements. Eng Struct. 2009.

Fuktkvot Daggpunkt Fukttillskott Diffusion Fukthalt Kritiskt fukttillstånd Ångmotstånd

■

[3] Schlune H. Improved Bridge Evaluation: Finite Element Model Updating and Simplified Non-linear Analysis. Department of Civil and Environmental Engineering, Division of Structural Engineering, Concrete Structures. Göteborg: Chalmers University of Technolgy; 2009. [4] Jonsson F & Johnson D. Finite Element Model Updating of the New Svinesund Bridge. Civil and Environmental Engineering. Göteborg, Sweden: Chalmers University of Technology, Civil and Environmental Engineering; 2007. p. 228. [5] Karoumi R & Andersson A. Load Testing of the New Svinesund Bridge: Presentation of results and theoretical verification of bridge behaviour. Stockholm, Sweden: Brobyggnad, Royal Institute of Technology (KTH); 2007. p. 173. [6] Ülker-Kaustell M & Karoumi R. Monitoring of the New Svinesund Bridge, Report 3: The influence of temperature, wind and damages on the dynamic properties of the bridge. Stockholm, Sweden: Brobygnad, Royal Institute of Technology (KTH); 2006. p. 75. [7] Enevoldsen I, Pedersen C, Axhag F, Johansson Ö & Töyrä B. Assessment and Measurement of the Forsmo Bridge, Sweden. Structural Engineering International: Journal of the International Association for Bridge and Structural Engineering (IABSE). 2002;12(4): 254–257. [8] Moon FL & Aktan AE. Impacts of epistemic (bias) uncertainty on structural identification of constructed (civil) systems. Shock and Vibration Digest. 2006;38(5): 399–420.

Läste Du det i Bygg & teknik? Du vet väl att Bygg & tekniks innehållsregister och mycket annat finns på vår hemsida: www.byggteknikforlaget.se

Bygg & teknik 7/09

Stomsystem Connectors stomsystem kan enkelt anpassas till önskat stomval. Nedan redovisas två exempel där Connector samverkansbalk, CSB och Connector samverkanspelare, CSP utgör primära komponenter.

Inspirationens källa är vårt samarbete

Hybridkonstruktioner

Tekniken innebär att Prefab och platsgjutna konstruktioner samverkar.

Passar även bostäder, affärshus, kontor m.m.

Lätt att beställa

Samverkanskonstruktioner

Platsgjuten betong samverkar med stålbalk.

Kontakta oss Connector L. Augustsson AB product@connector.nu www.connector.nu Telefon: 021-18 36 49 Bygg & teknik 7/09

Självkompakterande betong med goda brandspjälkningsegenskaper Brandspjälkning hos betong är beroende av termiska spänningar och höga porttryck. Det är därför större risk att en tät betong spjälkas. Självkompakterande betong, som ofta innehåller mycket finmaterial, är ett exempel på en tätare betong. Brandspjälkningen medför ett minskat tvärsnitt och att armeringen kan bli frilagd. Detta ger en försämrad bärighet hos konstruktionen. Betongkonstruktioner som utsätts för brand kan förstöras genom till exempel minskad styrka hos betongen eller armeringen, brandspjälkning eller minskad vidhäftning mellan betong och armering. I detta forskningsprojekt har vi endast tittat på brandspjälkning. I Sverige används ofta finmalt kalkfiller för att den självkompakterande betongen ska få de önskade reologiska egenskaperna. Den tätare strukturen som därigenom uppkommer genom tillsättning av finmaterial medför att man kan behöva finna alternativ och lösningar för att hantera en eventuell brandspjälkning. En sådan lösning är att tillsätta och blanda in polypropylenfibrer (PP-fibrer) i betongmassan. Inblandning av dessa PP-fibrer medför dock stora negativa konsistensförändringar som kan förstöra den självkompakterande betongens reologiska egenskaper.

Artikelförfattare är Henrik Nilsson, civ ing,och Hans Hedlund, tekn dr, Skanska Sverige AB. Medförfattare: Iad Saleh, Sika Sverige AB, Lars Boström och Robert Jansson, SP Brandteknik samt Jan Trägårdh, CBI Betonginstitutet.

Av tidigare erfarenheter från betongtillverkning har det visat sig att det kan uppstå problem med betongens reoligiska egenskaper redan vid relativt låg inblandning av PP-fibrer. Detta ställer i slutändan högre krav på sammansättningen av betongen så att både gjutbarhet och konstruktiv funktion kan beaktas. Det är därför av stor vikt att riktlinjer tas fram för hur självkompakterande betong ska tillverkas för ett tillräckligt skydd mot brandspjälkning. Svenska Betongföreningens kommitté för Brand och Betong har tagit fram ”Preliminära riktlinjer för att undvika explosiv spjälkning av betongkonstruktioner utsatta för brandbelastning” och vår förhoppning är att våra resultat nu ska kunna komplettera och vara till hjälp för att förbättra och förtydliga dessa riktlinjer.

Experimentiellt forskningsprojekt

Detta forskningsprojekt startade under senhösten 2004 och har pågått till våren 2009. Arbetet har utförts av projektets arbetsgrupp, vilken varit sammansatt av deltagare från Skanska Sverige AB, SP Brandteknik, CBI Betonginstitutet och Sika Sverige AB. Utvecklingen av provningsmatrisens recept har genomförts av Skanska och Sika. Tillverkningen av provkroppar för brandprovning har skett i Skanskas elementfabrik i Stängnäs. SP har därefter successivt utfört brandtesterna av elementen. Betongreceptens beständighetsegenskaper har huvudsakligen provats och verifierats av CBI. Projektet har framförallt varit experimentellt och fokus har legat på hur olika parametrar inverkar på spjälkningen av betongen. Huvudlinjen i detta projekt har varit att hantera och bemästra brandspjälkningen genom att tillsätta och blanda in PP-fibrer i betongmassan. Det kan ändå nämnas att alternativ till huvudlinjen har testats, där exempelvis polypropylenfiller varit ett alternativ som inte visade sig ha någon gynnsam effekt på spjälkningen. Inblandning av PP-fibrer medför dock ofta andra oönskade konsekvenser för den färska betongens egenskaper såsom försämrade reologiska egenskaper. Att hitta lösningar och komma tillrätta med detta har varit en av projektets utmaningar. Målsättningen med projektet har varit att utröna och presentera kriterier för till-

verkning och ge förslag på lämpliga betongsammansättningar för att erhålla en självkompakterande betong med goda brandspjälkningsegenskaper. Projektets höga och komplexa krav på betongens funktionalitet för att uppnå projektets målsättning resulterade i omfattande provningsmatris med fler än 50 betongsammansättningar. Matrisen omfattar såväl två olika cementtyper, där husbyggnadsbetong med Byggcement (CEM II/A-LL) och anläggningsbetong med Anläggningscement (CEM I) har använts. För att på ett tidigt stadium studera effekten av hur fibertillsatsen påverkar betongens reologiska egenskaper tillverkades recept både med och utan PP-fibrer. Med provningsmatrisen som grund har cirka 200 stycken brandprovningar genomförts för att ta reda på vilka recept som klarar av att möta projektets målsättningar. Utöver brandprovningarna av betongelementen har även betongens beständighet studerats för att verifiera att inblandningen av PP-fibrer inte har någon negativ inverkan.

Tillverkning av självkompakterande betong

Den första utmaningen var att utveckla grundrecepten samt tillverkning av alla element och provkroppar. Vid den inledande förundersökningen av betongreceptens reologiska egenskaper kontrollerades alla recept och i vissa fall modifierades några recept ur försöksmatrisen ur aspekten gjutbar betong, vilket genomfördes vid Skanskas Betongtekniska Centrum. Provade fiberdiametrar i de olika betongrecepten har varit enligt nedan; ❍ diameter 18 µm/längd 6 mm ❍ diameter 18 µm/längd 12 mm ❍ diameter 32 µm/längd 6 mm ❍ diameter 32 µm/längd 12 mm Den inblandade mängden fibrer har varierats mellan 0 och 3 kg/m3 betong och redan under förundersökningen visade det sig att recepten med de högre mängderna PP-fibrer kunde vara mycket svåra eller ”omöjliga” att tillverka med självkompakterande egenskaper. Vissa problematiska receptsammansättningar gick att tillverka i en mindre blandare i labbskala genom att justera receptet med en stor mängd cementpasta, vilket inte bedömdes Bygg & teknik 7/09

vara kommersiellt gångbart vid fabriksproduktion. Sannolikt härrör detta problem på den stora specifika ytan som PP-fibern har och/eller volymen som den upptar. Till exempel har PP-fibrer med diameter 18 µm (6 mm längd) en specifik yta omkring 240 m2/kg fibrer. Den trögare konsistensen som PP-fibrerna ger kan till viss del pareras med extra tillsättning av superplasticerare. Men detta fungera bara till en viss gräns innan separationstendenser börjar visa sig utan att extra rörlighet kan erhålls. När denna separationstendens börjar inträda är vanligtvis enda alternativet att höja cementhalten alternativt tillsätta mer fillermaterial för att öka mängden pasta och därigenom förbättra de reologiska egenskaperna. För justering och modifieringar av provningsmatrisens grundrecept har valts en ökning av mängden kalkfiller. Ökade cementhalter är inte alltid en bra lösning då det i till exempel massiva anläggningskonstruktioner kan innebära en

FOTO: IAD SALEH, SIKA Bygg & teknik 7/09

hög temperaturutveckling. Detta kan medföra temperaturrelaterad sprickbildning alternativt mer åtgärder för att begränsa risken för temperatursprickor under härdningsfasen samtidigt som betongen blir dyrare.

Elementtillverkning

Tillverkningen av betongelement utfördes i Skanska Stomsystems elementfabrik i Strängnäs. Betongen blandades i planblandare (Skako), där satsstorleken vid tillverkning av provkroppar bestämdes att vara minst en kubikmeter betong i syfte att minimera risken för att blandareffekter påverkar betongmassans egenskaper. Provplattor (500 x 600 x 200 mm) göts för samtliga recept för en snabbprovning av brandbeständigheten. För ett antal utvalda recept göts även större plattor och balkar för att verifiera brandresultaten från de mindre plattorna. De större plattorna har måtten 1 700 x 1 200 x 200 mm och balkarna har måtten 3 200 x 600 x 200 mm.

Bild 2: Små betongelement 500 x 600 x 200 mm.

FOTO: IAD SALEH, SIKA

Bild 1: Polypropylenfibrer för inblandning i betong.

Vid tillverkning av provkroppar användes traditionella formar av plywood, vilket medgav en återanvändningsmöjlighet för det stora antalet provkroppar under hela projektet. För att möjliggöra att provkropparna kunde belastas med en trycklast under brandprovningen monteras aluminiumrör i formarna, se bild 3. Vid brandprovningen träs Dywidag-stag genom aluminiumrören och spänns upp före brandtestet för att på så sätt belastar provkropparna. För att registrera temperatur och ångtryck vid själva brandprovet monterades ingjutna temperatur- samt tryckgivare i formarna innan gjutning, se bild 3. Vid tillverkningen av provkroppar justerades vid behov vissa labbrecept ytterligare för att möjliggöra produktion i full skala vid betongfabriken. Den vanligaste justeringsåtgärden var en korrigering av

Bild 3: Form för små betongelement 500 x 600 x 200 mm med monterad temperaturgivare.

mängden superplasticerare. Detta med hänsyn till att blandning i en laboratorieblandare vanligtvis kräver en högre dosering av flyttillsatsmedel än vid tillverkning i en fabriksblandare. Vissa större justeringar som minskad mängd fibrer eller justering av cement- eller kalkmängd gjordes även för att i vissa fall överhuvudtaget kunna tillverka en självkompakterande betong. Som kriterier för bedömning av den färska betongens självkompakterande egenskaper valdes följande målvärden; ––––––––––––––––––––––––––––––––– Provningsmetod Målvärde Flytsättmått 650 ±100 mm T50-test 2–6 sek Lufthalt 2–4, 8 eller 10 procent ––––––––––––––––––––––––––––––––– I vissa fall accepterades ett lägre flytsättmått, det vill säga en något styvare betong, än ovanstående målvärden. I dessa fall kunde betongen ändå betraktas som en självkompakterande betong. Även något högre flytsättmått accepterades om betongen ansågs vara tillräckligt stabil och inte tenderade att separera. På samma sätt accepterades lägre och högre värden på flyttidsmåttet T50. När det gäller lufthalten tillverkades de flesta recepten utan tillsats av luftporbildande tillsatsmedel varför lufthalten i betongen kunde variera något, vanligtvis i 59

intervallet två till fyra procent. Anledningen till att lufthalten mättes i betongblandningarna var för att utröna om variationer i lufthalt möjligtvis kunde vara orsaken till eventuellt avvikande resultat vid brandprovningen. Några av recepten testades med förhöjda lufthaltsvärden på cirka åtta till tio procent. Den hårdnade betongen kontrollerades avseende på tryckhållfasthet och ett flertal beständighetsegenskaper. Tryckhållfastheten (28 dygn) provades på Skanskas betonglaboratorium i Solna och provning av betongens beständighetsegenskaper utfördes vid CBI. Samtliga gjutningar av element utfördes med hjälp av bask, se bild 4. Fukthärdningen av betongen har skett enligt normalt förfarande vid tillverkning av betongelement vid fabriken. Betongytan täcktes, så snart ytan var avjämnad, med plastfolie för att förhindra tidig uttorkning. Avformning skedde därefter tidigast ett dygn efter gjutning. Efter avformning har elementen lagrats i cirka tre dygn täckta med plast. Därefter förvarades de inomhus eller utomhus under skydd i väntan på transport till SP för brandprovning.

Resultat från elementtillverkningen

Resultaten pekar på att det är fullt möjligt att tillverka en robust betong med självkompakterande egenskaper, där 1 till 2 kg PP-fibrer per kubikmeter blandas in i betongmassan. Vid elementtillverkning kunde såväl anläggningsbetong som husbyggnadsbetong med självkompakterande egenskaper tillverkas med en PP-fibermängd lika med 1,5 kg/m3 för recepten med fibertypen diameter 18 µm/6 mm. Det har dock varit möjligt att tillsätta 2 kg/m3 av den grövre fibertypen diameter 32 µm/6 mm i såväl anläggningsbetongen som husbyggnadsbetongen, se Saleh & Nilsson (2009). I övrigt noterades att det var med fördel PP-fibrer torrblandades med ballasten innan övriga delmaterial tillsattes och blandades. Detta medför att fibrerna fördelas i ett tidigt skede och därmed ökas förutsättningen för en god dispergering av fibrerna i den färdiga betongmassan. Självkompakterande anläggningsbetong (vattencementtal lika med 0,40) med polypropylenfibrer visade sig få de bästa reologiska egenskaperna med ett vattenpulvertal (vpt) omkring 0,30. Då man ofta vill begränsa eller hålla ner cementhalten i anläggningsbetong till 430 kg/m3 på grund av värmeutveckling och en ökad risk för temperatursprickor medför det att kalkfillerhalten bör maximeras till cirka 130 till 140 kg/m3 för att erhålla ett vattenpulvertal omkring 0,3. Ett högre vattenpulvertal, genom mindre kalkfiller, 60

serna ska därför ses som riktvärden inför egna provblandningar.

Brandprovning av betongelement

Bild 4: Gjutning av element. FOTO: IAD SALEH, SIKA

tenderade att ge en mer separationsbenägen betongmassa samtidigt som ett lägre vattenpulvertal gav en seg betongmassa med långsam rörlighet. Baserat på den omfattande provserien visar resultaten att självkompakterande husbyggnadsbetong bör ha ett vattenpulvertal som inte överstiger 0,50 om kalkfiller används för att ge robusthet till betongen. Ett högre vattenpulvertal gör betongen för känslig för separation. Med andra fillermaterial än kalkfiller kan gränsen vara en annan varför detta bör provas i varje enskilt fall. Inom ramen för projektet blandades också betong innehållande norskt anläggningscement med tillsats av silika istället för kalkfiller. Dessa recept tillverkades både utan lufttillsats och med en hög lufttillsats för att få en lufthalt i betongen på omkring tio procent. Vi kunde här notera att silika och hög lufthalt har en tydlig positiv effekt på den självkompakterande anläggningsbetongens reologiska egenskaper. Denna effekt var uttalad både med och utan PP-fibrer i betongen. Ett problem som kan uppstå när PPfibrer används var att lufthalten kunde variera, ibland kraftigt. Lufthalten påverkar bland annat betongens hållfasthet och frostbeständighet varför denna är väsentlig att ha kontroll på. Speciellt tydligt var detta problem vid högre doseringar av polypropylenfibrer eller när PP-fibrer används tillsammans med flyttillsatsmedel och luftporbildare. Som en följd av detta blir även repeterbarheten av ett recept lidande. Av denna anledning är det viktigt med en kontrollplan som innefattar en noggrann kontroll och dokumentation av lufthalten. Ovanstående slutsatser baseras på betongrecept innehållande delmaterial som användes vid tillverkning av element i elementfabriken i Strängnäs. Med till exempel ett annat ballastmaterial eller fillermaterial kan eventuellt resultaten avvika något från resultaten i denna studie. Slutsat-

Den mest omfattande delen i det här projektet var att brandprova alla element, vilket var den slutliga provningen som avsåg att sålla bort betongsammansättningar som inte fungerade eller inte gav ett tillräckligt motstånd avseende brandspjälkning. Samtliga brandtester i detta projekt har utförts av SP Brandteknik i Borås, där provningsmetodiken beskrivs utförligare i Boström & Jansson (2008). När armerade betongkonstruktioner utsätts för brand kan den som nämnts tidigare förstöras på många olika sätt. Detta projekt begränsades till att endast omfatta brandspjälkning. Det finns idag ingen standard för hur brandspjälkningen ska bestämmas. Det är ofta upp till det aktuella brandlaboratoriet eller beställaren att definiera hur brandtesterna ska genomföras. I detta projekt har det undersökts många olika faktorers inverkan på den självkompakterande betongens benägenhet att spjälka. Exempel på undersökta faktorer är bland annat tryckbelastning, fuktinnehåll, brandkurva och betongsammansättning. Projektet omfattar brandtester av ungefär 200 element av såväl anläggningsbetong som husbyggnadsbetong. Brandförsöken utfördes till största delen på små provkroppar med dimensionen 500 x 600 x 200 mm. Vissa recept inom ramen för detta projekt kompletterades med större provkroppar för att verifiera resultaten av de små provkropparna. I ett tidigare utfört projekt rapporterat i Boström (2004) undersöktes olika brandprovningsmetoder och provkroppars form. Detta projekt visade att småskaliga provkroppar ger ett liknande resultat som större provkroppar. För att simulera brandförlopp i olika typer av konstruktioner så utses en brandkurva som anses vara mest lämpad för den typ av brand man vill titta på. Det finns många olika brandkurvor och några av dem motsvarar brandförlopp i ett rum eller brandförloppet i en tunnel. I detta projekt har en standardbrandkurva i enlighet med EN 1363-1 och HC-kurvan i enlighet med EN 1363-2 använts. Som komplement till dessa brandkurvor har i några fall även en långsammare brandkurva använts i enlighet med EN 1363-2 samt en mycket långsam kurva med temperaturstegring 10 K/minut.

Provuppställning vid brandprovning

Samtliga provkroppar, stora som små, placeras horisontellt ovanpå ugnen. De små elementen brandprovas var och en för sig över en mindre ugn. De större elementen brandprovas flera åt gången över Bygg & teknik 7/09

en större ugn. Hur brandprovningen går till beskrivs kortfattat i detta avsnitt och beskrivs mer detaljerat i en rapport av Boström & Jansson (2008). I detta projekt har provkropparna endast utsatts för ensidig brandpåverkan. Brandtesterna pågår i 60 minuter varefter ugnen stängs av och provkropparna får svalna av. Under brandförloppet mäts och registreras temperaturen i såväl ugnen som i provkropparna. I provkropparna mättes temperaturen med de ingjutna givarna placerade på olika djup från den brandutsatta sidan för att belysa temperaturfrontens vandring genom provkroppen. De flesta provkropparna som brandtestas var belastade genom att de spänns upp före brandprovning med hjälp av ett system med Dywidag-stag. För att mäta lasten under brandprovningen monteras en lastcell till detta system. Balkarna belastades också på ovansidan med hydraulkolvar som får balkarna att böja nedåt. På så vis uppstår dragspänningar på balkens undersida som är den brandbelastade ytan. Genom detta förfarande kan skillnader i spjälkning beroende på om det är tryck- eller dragspänningar i betongytan som brandprovas indikeras. För att mäta trycket i betongen under brandförloppet monterades tunna metallrör på olika djup i formarna före gjutningen. Inför brandtestet fylldes dessa rör med

Bild 5: Litet element brandprovas. FOTO: IAD SALEH, SIKA

en speciell silikonolja som tål höga temperaturer. Dessa rör kopplas sedan till en manometer för att registrera trycket. Efter att brandtestet genomförts och provkropparna svalnat läggs ett nät över provkroppens brandutsatta sida. För de små provkropparna används ett nät med maskvidden 100 mm x 100 mm och för de större elementen används ett nät med maskvidden 50 mm x 50 mm. På så viss kan man mäta spjälkningen och samtidigt få en tredimensionell bild av hur spjälkningen ser ut för respektive provkropp, se exempel i bild 6 på nästa sida. Bild 7 visar den aktuella provkroppen vars spjälkning redovisas i bild 6.

Resultat från brandprovningen

Resultaten från brandtesterna visade att

inblandning av PP-fibrer ger den självkompakterande betongen goda brandspjälkningsegenskaper. I princip all självkompakterande betong utan PP-fibrer spjälkade. Motståndet mot brandspjälkning ökar också med ökad fiberinblandning. En tillsats av 1,0 till 1,5 kg/m3 av fibertypen diameter 18 µm eller diameter 32 µm gav ett bra skydd mot progressiv (gradvis ökande) spjälkning och är fullt tillräcklig då viss spjälkning kan accepteras Boström & Jansson (2008). Att helt skydda betongen mot spjälkning kan i många fall vara omotiverat dyrt då det oftast rör sig om estetiska skador. Men det finns naturligtvis fall där ingen spjälkning accepteras, som till exempel konstruktiva skäl. Det kan till exempel vara i tunnlar eller andra optimerade konstruktioner, där utnyttjandegraden av betongens konstruktiva egenskaper är hög. För dessa konstruktioner krävs ofta högre fibermängder. De flesta försöken utfördes på belastade provkroppar. Belastningens storlek hos belastade provkroppar påverkade inte spjälkningen. Dock spjälkade de obelastade provkropparna något mindre än de belastade. Det var inte möjligt att se någon signifikant skillnad i spjälkning avseende mängden kalkfiller eller olika vattenpulvertal. Provningar har utförts med kalkfil-

Fönster för generationer H-Fönstret i Lysekil tillverkar aluminiumfönster med träklädd rumssida och överlägsen livslängd. Skräddarsydda för fönsterbyten samt prisvinnande nyproduktion. www.hfonstret.se

H-Fönstret AB | Gåseberg 420 | 453 91 Lysekil | Tel 0523-66 54 50 | Fax 0523-478 74

Bättre och enklare! Mer info får du på telefon 0500–46 98 60 eller på www.prastangen.se combiform 185x32 1 Bygg & teknik 7/09

2009-10-05 09.06

räcklig mängd flyttillsatsmedel så att cement och filler dispergeras. Saltfrostbeständigheten förbättrades markant med andelen fibrer i självkompakterande betong (utan lufttillsats). Med fiberhalter mellan 1 till 2 kg/m3 var frostbeständigheten mycket god efter 56 fryscykler. Orsaken till den förbättrade frostbeständigheten är sannolikt det luftporsystem som skapas av PP-fibrerna vid själva blandningen av betongen. Dessutom är fibrernas mantelyta bestruken med ett dispergeringsmedel som också verkar som en luftporbildare, se Trägårdh & Kalinowski (2009).

Rekommendation

ILL: LARS BOSTRÖM, SP

Bild 6: Exempel på en tredimensionell bild över spjälkningen i millimeter hos en provkropp.

FOTO: LARS BOSTRÖM, SP

en kub som förvarats tillsammans med provkroppen som brandtestades. Resultatet visade som väntat att uttorkningen sker mycket långsamt i tät betong som självkompakterande betong. I försöken kunde ingen påverkan av lagringstiden påvisas när det gäller spjälkningen. En förklaring kan vara att fuktinnehållet aldrig sjönk till en kritisk nivå för att spjälkning ska uppträda. Bild 7: Provkropp som spjälkat under brandprovning.

lermängder från ingen inblandning av filler till cirka 250 kg/m3 filler. Möjligtvis kan resultaten indikera att ett fillerinnehåll på 100 till 150 kg/m3 ger störst skada, det vill säga störst spjälkningsdjup. Det finns också en tendens till att ett ökande vattenpulvertal ger en minskande spjälkning. Hur betongen påverkades av olika brandförlopp (brandkurva) undersöktes för några av betongrecepten. Det visade sig att typen av brandkurva inte hade någon märkbar effekt på risken för spjälkning. En intressant upptäckt var dock att för samtliga undersökta brandkurvor så startade spjälkningen då ugnens temperatur var uppe i 500 till 700 °C. Följaktligen så startade spjälkningen efter två till fyra minuter för den snabbare HC-kurvan och efter 50 till 60 minuter för den långsammare brandkurvan, där temperaturen ökades 10 K/minut. Spjälkningens storlek var dock större ju långsammare brandkurva/brandförlopp som betongen utsattes för. En annan parameter som undersökts i projektet var fuktinnehållets påverkan på spjälkningen. I försöken lagrades provkropparna olika lång tid före brandprov. Fuktinnehållet i betongen bestämdes på 62

Beständighet hos självkompakterande betong med PP-fibrer

Anläggningskonstruktioner har ofta en föreskriven teknisk livslängd på minst 100 år varför det är av stor vikt att utreda om fibern har någon inverkan på den självkompakterande betongens mikrostruktur och beständighet. Analyser som genomförts var bland annat mikrostrukturanalys, kloriddiffusion, saltfrostbeständighet, tryckhållfasthet och karbonatiseringsdjup. Dessa analyser utfördes av CBI Betonginstitutet AB i Stockholm, se Trägårdh & Kalinowski (2009). Tolv stycken självkompakterande anläggningsbetonger med cementtyp CEM I och sex stycken husbyggnadsbetonger med cementtyp CEM II provades och analyserades i detta projekt.

Resultat från provningen av beständighetsegenskaper

Fiberinblandningen visade sig inte vara negativ för beständighetsegenskaperna, såsom karbonatisering och kloriddiffusion, under förutsättning att dispergeringen av cement och filler är god . En riktigt proportionerad självkompakterande betong med PP-fibrer och med god dispergering av cement och filler har beständighetsegenskaper som minst motsvarar självkompakterande betong utan PP-fibrer. Det visade sig vara av stor vikt för betongens beständighet att betongen får till-

Inblandning av PP-fibrer ger den självkompakterande betongen goda brandspjälkningsegenskaper. En tillsats av 1,5 kg/m3 PP-fiber ger ett bra skydd mot progressiv spjälkning och är fullt tillräcklig om viss spjälkning accepteras. Motståndet mot brandspjälkning ökar också med ökad fiberinblandning. Inblandning av PP-fibrer, bestrukna med dispergeringsmedel, är inte negativ för de beständighetsegenskaper som studerats – snarare tvärtom. En viss spjälkning kan i de flesta fall accepteras då det oftast rör sig om estetiska skador. I dessa fall bör inte fibertillsatsen vara större än nödvändigt med tanke på svårigheterna och riskerna med att tillverka en bra och robust självkompakterande betong med större mängder fibrer. Önskas lägre dosering än 1,5 kg/m3 ska detta påvisas genom provning. I fall där ingen spjälkning accepteras krävs oftast högre mängder fibrer och brandhärdigheten ska påvisas genom provning. Rekommendationen gäller för såväl anläggningsbetong som husbyggnadsbetong. I fall där ingen spjälkning accepteras krävs oftast större mängder fibrer än 1,5 kg/m3. Det kan till exempel vara i tunnlar eller andra optimerade konstruktioner, där utnyttjandegraden av betongens konstruktiva egenskaper är hög. Rekommendationen i dessa fall är att genom provning påvisa att ingen spjälkning sker. ■

Referenser

Saleh, I. & Nilsson, H. (2009), Tillverkning av självkompakterande betong med polypropylenfiber, Sika Sverige AB, Stockholm, Sverige, 2009. Boström L. & Jansson R. (2008), SelfCompacting Concrete Exposed to Fire, SP Report 2008:53, Borås, Sverige, 2008. Boström L. (2004), Innovative selfcompacting concrete – Development of test methodology for determination of fire spalling, SP Report 2004:06, Borås. Trägårdh J. & Kalinowski M. (2009), Mikrostruktur- och beständighetsanalys, Uppdragsrapport 2009-43, CBI Stockholm, Sverige, 2009. Bygg & teknik 7/09

Kolnanotuber:

Fiberbetong – möjligheter och utmaningar

Vid sidan om stålfibrer finns syntetiska fibrer såsom kol-, aramid-, polypropylen-, glas- och polyetenfibrer och flera andra fibertyper. Kolfibrer är i viss utsträckning elektriskt ledande och finns i ett antal utföranden och idag även som nanofibrer. Nanokolfibrer som armering i betong ger den elektriska egenskaper, varvid dess elektriska motstånd ändrar sig när den utsätts för mekanisk påkänning som ger deformationer. Den elektriska motståndsändringen kan användas för att mäta deformation och med den mekanisk spänning såsom man gör med resistiva trådtöjningsgivare. En del fibrer är för närvarande mycket dyra och därför saknar intresse för betongteknik, men priser ändrar sig och tillverkningsteknik utvecklas. Därför bör man även utforska sådana fibrers möjligheter. För 40 år sedan var till exempel kolfibrer inte att tänka på för användning i byggeri, men idag används kolfiberlaminat och armering i allt större utsträckning främst för förstärkning av betongkonstruktioner. Även med ett högt materialpris kan slutresultatet bli billigare, då utförandet förenklas, svåra och slitsamma arbetsmoment bortArtikelförfattare är Ralejs Tepfers, biträdande professor emeritus, Chalmers tekniska högskola, Göteborg. Bygg & teknik 7/09

faller och man får en beständigare konstruktion. I dagens teknik används fibrer av metall, keram och polymer för att stärka betong mot sprickbildning. De vanligaste fibrerna är: Stålfiber, som vanligen används för att begränsa sprickbildning i betongen och därigenom till exempel stärka vidhäftningen för konventionella stål stänger. Användningen av stålfibrer som bärande armering i betong har påbörjats under de senaste åren. Ett fiberteknikdrivande företag är Primekss i Lettland med kontor även i Malmö. Fiberarmerade betongplattor har uppförts som grundplattor också på pålar, men även som fribärande plattkonstruktioner. De senare har katastrofarmering av vanliga stålstänger med membranfunktion i pelarlinjerna. Glasfiber, som används i beklädnadsplattor med cementmatris. Alkalisk miljö påverkar negativt vanliga glasfibers mekaniska egenskaper. Därför används Eglas och alkaliskt resistent AR-glas i kontakt med cementlim. Även dessa fibrer förlorar viss styrka, men styrkenivån stabiliseras efter en viss tid. Polypropylen fiber, som används för att begränsa sprickbildning i nygjuten betong samt för att avlasta porvattnets ångtryck vid brand i höghållfast betong. Vid hög temperatur smälter fibrerna och lämnar fina kanaler genom vilka ångtrycket kan sänkas. Kolfiber, som har goda egenskaper, men de är dyra. Fibrerna är elektriskt ledande och kan med sin högre elektriska potential främja korrosion av stålstänger.

används. I en verklig konstruktion har den ojämna fiberfördelingen betydelse när den hållfasthetsbestämmande sprickan är kort. För kort spricka måste man räkna med en stor hållfasthetsspridning och dimensionering bör då ske med ledning av den undre femprocentfraktilen bestämd med små prov. Däremot om den hållfasthetsbestämmande sprickan är lång, så kommer spridningen i hållfasthet bli mindre och femprocentfraktilen kommer att ligga närmare medelvärdet. Vid dimensionering kan man då använda ett högre hållfasthetsvärde för konstruktionsdelar med långa sprickor. Definitionen av kort och lång spricka är för närvarande svävande. Man kunde dock använda sig av två sprickkategorier vid dimensionering som då har olika brottmotstånd. Emellertid medför det praktiska svårigheter, då det är svårt att arbeta med två fibermängder i olika konstruktionsdelar i samma konstruktionselement, när man gjuter med pumpad betong.

Fibrernas fördelning i betong och fiberanvändning med utblick mot framtiden

Distributionen av fibrerna i betong matris är inte jämnt fördelad, se figur 1. I fiberarmerad betong kommer det att finnas ställen med större och mindre fiberkoncentration som medför variationer i hållfasthet. Spridningen i uppmätta styrkan ökar därför när hållfastheten bestäms med små prover. Figur 2 på nästa sida visar sambandet mellan böjdragspänning och nedböjning när denna bestäms med av Rilem rekommenderat standardböjprov med storleken 150 x 150 x 600 mm. Diagrammet visar den stora spridning av böjdragspänning som fås när så små provkroppar

Figur 1: Fiberfördelning i betong fotograferad med röntgenutrustning.

FOTO: KOJI OTSUKA, TOHOKU GAKUIN UNIVERSITY, SENSAI, JAPAN

Fibrer har sedan urminnes tider använts för att öka draghållfastheten hos keramiska material genom att armera puts med sisalfibrer, kohår och andra biologiska material. Inom modernare betongbyggnad har fibrer, främst av stål, använts för att ge betongen ökad draghållfasthet och seghet tillsammans med konventionell stålarmering. Cementmatris med fibrer enbart som armering har tillverkats med asbestfibrer som man fick upphöra med på grund av hälsorisker och med glasfibrer, som dock tar viss skada av den alkaliska omgivningen.

För närvarande får den högsta nm i Journal of Physical Chemistexisterande dragspänningen bery i Sovjetunionen. Under det stämma mängden fibrer hela bekalla kriget hade den västerländtongelementet. Det leder till fiska världen inte inblick i vad berslöseri. Man kunde arbeta som sedan hände med dem och med betong med två eller tre fiinom forskningsområdet. bermängder och ge fiberbetongÅr 1976 publicerade Oberlin, en med olika fibermängd olika Endo och Koyama i en artikel färg. På så sätt kunde rätt betong hur man tillverkar kolfibrer i tubgjutas på rätt ställe, men då måsform med hjälp av förångningste gjutaren behärska konstruktioteknik. nens verkningssätt. För närvaFörsta patentet beviljades i rande sker gjutningen av fiberbeUSA år 1987 för en metod att tong så att betongen som levereproducera ”diskreta cylindriska ras från fabrik tillsätts fibrer med kolfiber” med ”en konstant diahjälp av en cyklon i behållaren meter på mellan 3,5 och 70 nm varifrån man pumpar betongen och en längd av 102 gånger diatill gjutstället. Därmed har man metern. Figur 2: Böjspännings-nedböjningsdiagram hos svårt att kontrollera när betongÅr 2000 lyckades Tang ZiRilembalkar (150 x 150 x 600 mm) med 100 kg/m3 mängden från pågående sats kang och Wang Ning tillverka Tabix1.3/50 stålfibrer i betong med cylinder kommer att sluta vid pumputlopden minsta, stabila kol nanotuhållfasthet 30 MPa. Gossla (2006). pet och ny betong komma fram. ben med endast 0,4 nm i diameMan kunde använda flera pumter. par med olika betong. Vad är nanoteknik? Enligt American Hur kunde då utvecklingen i framtiden Ceramic Society (2004) definieras nano- Kolnanotuber indelas i enkelväggs, gestalta sig? Så låt om oss sikta mot stjär- teknik som följer: ”Skapande, produknorna så kanske vi når molnen. Man kun- tion, karakterisering och användning av multiväggs och tillverkade med de förena beräkningen av konstruktionen material, utrustning och system av stor- förångningsteknik med produktionen och så kunde det gå leksordning 0,1–100 nm, som ger nya och Kolnanotubers egenskaper kan inte betill. Med hjälp av finit elementmetod be- signifikant ökade fysikaliska, kemiska stämmas på vanligt sätt genom infästning räknar man spänningarna i konstruktio- och biologiska funktioner, fenomen och och provdragning i en provningsmaskin. Tuben är så liten att man inte ens kan se nen. Fiber tillsätts betongen vid pump- el- processer just på grund av nanostorlek”. ler sprutmunstycket. Sådan teknik finns Nanoteknik ses som en ”botten-up-tek- den. Egenskaperna bestäms därför genom redan för glasfiberbetong och måste nik”, med vilket förstås att när man ut- beräkning med användning av fysikaliska framtas även för stålfibrer. Fibermängden vecklar material så startar man från ato- parametrar. Alternativ metod är att tillbestäms i realtid av de med finita ele- mär nivå. Det vanliga sättet att göra och verka en provkropp genom att blanda en ment-metoden beräknade spänningarna utveckla material är från topp mot botten, bestämd mängd kolnanotuber i en polyför det ställe i konstruktionen, där gjut- det vill säga från makronivå mot atomär mermatris och linearisera rören så mycket som möjligt med hjälp av ett elektriskt ning just då sker. Det aktuella stället be- nivå. (1 nm är lika med 10-9 m). stäms med GPS i horisontalled (även laser Kolnanotuber i storleksklassificering fält. Provkroppen, sedan den stelnat, dras kunde användas då sådan teknik finns för enligt SI-systemet (Système International sedan i en provningsmaskin. Polymermaförarlösa lasttruckars automatiska orien- d'unités) är inom området 10-9 till 10-7 m. trisens draghållfasthet subtraheras från retering och lastning) och med laser i verti- Är nanoteknik ett främmande område för sultatet och kvar blir kol nanotubens hållkalled. Metodiken kunde utvecklas. oss betongtekniker? Vi har faktiskt arbetat fasthet så nära som man kan komma åt minst 50 år med att minska kapillärporo- den. Fysikaliska beräkningar tar inte hänKolnanotuber siteten i betong. Dessa porers storlek lig- syn till strukturella defekter hos rören och kan därför ge alltför höga värden på dragNanoteknik har under senare år tagit allt ger inom området 0,1 till 100 nm. större utrymme inom de flesta vetenskapsKolnanotubernas historia i korthet. År egenskaperna. Detta bör beaktas när man områden. Särskild uppmärksamhet har fått 1952 publicerade L. V. Radushkevich och värderar angivna egenskaper. Nominella kolnanotuber. Även om man för närva- V. M. Lukyanovich de första tydliga bil- egenskaper anges därför med stor spridrande inte ser någon användning av nano- derna av kolnanotuber med diametern 50 ning. En viktig fråga är också på vilken röryta dragspänningen är beräknad tuber inom betongtekniken, så har (belastning dividerad med tvärsnitt) nyfikenhetsdriven forskning inom när rörtvärsnittet består kanske av 50 området redan påbörjats. Kolnanotuatomer? ber har onekligen intressanta egenSWCNT (Single Walled Carbon skaper för användning i byggsektorn. Nano Tube) egenskaper: Kolnanotuber är kanske det starkaste Draghållfasthet 13 – 53 GPa, kända materialet beträffande dragElasticitetsmodul 910 (± 20 %) hållfasthet. De har en hög elasticitetsGPa, modul och en brottöjning på upp till Diameter 1,3 nm, tio procent. El- och värmeledning är Längd 0,5 – 40 µm, betydande och de har många andra Tål bockning med stora vinklar, ännu okända egenskaper. Samtliga Densitet 1 330 – 1 400 kg/m3, kända egenskaper är Gaussfördelade. Värmeldningsförmåga 6 000 W/mK, För närvarande är kolnanotuber Stabil upp till 2 800 °C i vakuum mycket dyra, men priset kan sjunka och i luft upp till 750 °C, om man finner omfattande användFigur 3: Kolnanotuber, med enkelvägg Elektrisk ledningsförmåga 1 x 109 ning av dem. Studier pågår för att ta (SWCNT), med multivägg (MWCNT) och amp/cm2 (Koppar har 1 x 106 reda på var de kan få användning ångodlade VGCF, (Morinobu Endo). amp/cm2). inom byggområdet. 64

Bygg & teknik 7/09

MWCNT (Multi-Walled Carbon Nano Tube) egenskaper: Draghållfasthet kan uppnå 150 (± 30 %) GPa, Elasticitetsmodul 800 – 1 300 GPa, nära grafitens, Diameter 60 – 100 nm, Längd 0,5 – 40 µm → 1 mm, Specifik yta 40 – 300 m2/g, Poissons tal minskar med rörets diameter, Koncentriska cylindriska rör som i mantelytan är sammanhållna av van der Waals krafter. VGCF (Vapor-Grown Carbon Filament) egenskaper: Draghållfasthet hos raka fibrer 2,05 GPa, Draghållfasthet hos böjda fibrer 1,09 GPa – bryts i böjarna, Elasticitetsmodul hos raka fibrer 163 GPa, Fiberdiameter 150 nm, Fiberlängd 10 ~ 20 mm, → 1 dm Densitet 2,0 g/cm3. Volymdensitet 0,04 g/cm3, Specifik yta 13 m2/g, Värmeledningsförmåga 1 200 W/mK, Elektriskt motstånd 1 × 10 - 4 Ωcm. Pris: 100 g Paket: SWCNT US $ 5500, 100 g Paket: MWCNT diameter mindre än 10 nm US $ 4200 med sjunkande priser ned till US $ 930 när diametern ökar till 60 till 100 nm. Priset är mycket högt, dock kan man förvänta sig att det kommer att sjunka betydligt när efterfrågan ökar och produktionskapaciteten förbättras.

VGCF-tillverkning med indirekt metod

För tillverkning av kolnanotuber används som råvara vätekarboner. För reaktionen i en ugn används drivgasen väte med en katalysator, såsom järn i mycket små partiklar. Nanotuberna växer fram på katalysatorns partiklar som beläggning. Metoderna är olika och det finns laboratorier som kan för eget bruk tillverka kolnanotuber. VGCF-fibern är kanske den intressantaste för byggeri.

Kolnanotuber har grafitstruktur

I kolatomens yttre skal finns fyra valens elektroner. I kolets diamantstruktur är alla fyra elektronerna kovalent delade med andra kolatomer med atomavståndet 1,54 Å och man har fått den hårdaste kända materialstrukturen, figur 4. Kol består dock vanligen av flak med grafitstruktur i flera lager, där inom flaken endast tre valens elektroner används för kovalentbindning till andra kolatomer med atomavståndet 1,42 Å (kortare än hos diamant och därmed med ännu starkare bindning). En elektron per atom (den fjärde) är fri att röra sig mellan de elektriskt positivt laddade atomskikten, figur 4. Därmed blir bindningen mellan skikten av van der Waals typ och skikten kan glida i förhållande till varandra. Grafit används därför Bygg & teknik 7/09

Figur 4: Kolets strukturer, till vänster diamant och till höger grafit med positivt elektriskt laddade atomflak med fria negativt laddade elektroner emellan.

Figur 5: Kolnanotuber, antagligen VGCF, (http://www.helixmaterial.com/product.html).

som smörjmedel på ytor som överför tunga laster. De fria rörliga elektronerna kan överföra elektricitet. Nanotubernas cylindriska skal av grafit struktur svarar mot skikten i vanlig grafit. Mellan skikten finns rörliga elektroner och van der Waals bindning. MWCNT koncentriska cylinderskal kan därför teleskopiskt glida relativt varandra nät de utsätts för längsgående dragkraft. Förhållandet mellan längd och diameter hos kolnanotuber kan uppnå 2 • 106. Rören ser ut som snören, figur 5. I snörenas korsningspunkter finns fria elektroner mellan de positivt laddade rörskalen och håller där ihop dem med van der Waals krafter. Därför trasslar sig nanotuberna.

Figur 6: Kolnanotuber fördelade på torra mikrocementpartiklar, Makar J., J. Margeson & J. Luth (2005).

För att kunna fördela kolnanotuberna i cementmatris måste dessa krafter övervinnas. Detta kan göras med etanol under akustisk vibrering, så att etanolmolekyler kan tränga in mellan kolnanotubernas kontaktpunkter och där bryta hophållningen. Kolnanotuberna har en tendens att samla sig i matrissystemets porer och det bör man söka undvika. Tuberna har en slät yta varför de ogärna bildar kovalent bindning till cementmatrisen. Tuber kan betas med syror för att göra ytan råare och förbättra vidhäftningen. Syraskadad röryta blir ojämn och ger bättre vidhäftning, men draghållfastheten blir något nedsatt. Hållfasthetsförlusten är oftast försumbar, eftersom den sker från en mycket hög styrkenivå. Rören är som böjda snören och därför ineffektiva för att ta upp enaxlig dragning. Tubernas kan påverkas av ett elektriskt fält för att anta dragkraftens riktning och därmed bli effektivare.

Kolnanotuber i cementpasta

Försök har gjorts att använda kolnanotuber som armering i cementmatris. Efter nanotubernas behandling med etanol och blandning med mikrocementpartiklar, tillsätts vatten. Kolnanotuber ansamlade på ytan av cementpartiklar visas i figur 6. Etanolen i blandningen avdunstar och cementet hydratiserar samt hårdnar. Hårdnad cementpasta är porös, figur 7, och i

Figur 7: Hydratiserad vanlig cementmatris förstorad i elektronmikroskop. Porös struktur.

porerna finns ingen bindning till kolning rörande påverkan på mänsklig nanotuberna. Följaktligen är det svårt hälsa ske parallellt. Vi kan inte komatt få tillräcklig bindningskraft för att ma i en situation sådan den var med kunna använda kolnanotubernas dragasbestfibrer, när de på grund av hälsohållfasthet fullt ut. Cementpastans poeffekter blev helt förbjudna att använrositet måste därför minskas. Detta das i många länder. Även återanvändkan göras med hjälp av plasticerare, ning och slutdeponering av kolnanonanosilikapuder och speciellt finmalet tuber och med dem armerade matriser cement. Nanofibertekniken förenar måste utforskas och säkerställas, sig här med betongteknologi. Båda eftersom det också här handlar om måste studeras gemensamt för att nå människors hälsa. ■ det önskade resultatet. Undersökningar av egenskaper hos cementpasta armerad med kolnanotu- Figur 8: Sträckta kolnanotuber i en mikrospricka Referenser ber har utförts på många håll i värlGossla U. (2006): Flachdecken aus i cementmatris, http://eurserveur.insaden, men resultaten är spridda. Många Stahlfaserbeton. Beton- und Stahlbelyon.fr/LesCours/physique/approphys. forskare har misslyckats med att få en tonbau 101 (2006), Heft 2. pp. 94– starkare cementmatris armerad med kol- lämpningen av kolnanotuber i betongtek- 102. nanotuber, men den har blivit segare. nik. Användning är möjlig i cementmaMakar J., Margeson J. & Luth J. (2005): Detta skulle kunna bero på otillräcklig tris, vars porositet då måste reduceras. Carbon nanotube/cement composites – vidhäftning i porös cementmatris och i Inte alltid kan en ökning i hållfasthet upp- early results and potential applications. spänningsriktningen oordnad härva av nås, men materialet blir segare på grund National Research Council Canada, kolnanotuber. I figur 8 visas kolnanotuber av kolnanotubglidning orsakad av vid- NRCC-47643. 3rd International Conferensom har sträckts tvärs en mikrospricka i häftningskrafter samt uträtning av trass- ce on Construction Materials: Performanhydratiserad cement. De sträckta tuberna lade nanorör. Kolnanotuber är elektriskt ce, Innovations and Structural Implicauppvisar en förlängning, som endast är ledande. Följaktligen kan cementmatris tions, Vancouver, B.C., Aug. 22–24, möjligt om till töjningen från kraften ad- armerad med kolnanotuber användas för 2005, pp.1–10. deras vidhäftningsglidning kombinerad att mäta matrisens deformation under beTepfers R. (2008): Investigation of difmed uträtning av insnärjningar. Det har lastning, fuktighet, temperatur och annan ferent types of fibers to strengthen cement även konstaterats en tendens hos kolnano- inverkan, som ger deformation av materi- paste, mortar and concrete. Report – Detuber att samla sig i matrissystemets porer alet. Varje mätläge måste dock kalibreras partment of Civil and Environmental Engoch på så sätt bli inaktiva. Andra forskare för sig. Fortlöpande upptäcks nya egen- ineering, Structural Engineering, Concrete däremot har fått betydande hållfasthets- skaper hos cementmatris armerad med Structures, Chalmers University of Techökning i sina tester med cementmatris ar- kolnanotuber och det är nödvändigt att vi nology, ISSN 1652-9162, nr 2008-7. Götebyggare följer utvecklingen hos detta ve- borg 2008. p. 52. merad med kolnanofibrer. tenskapsområde på lämpligt sätt för att Teorier för kolnanotuber i matris kunna gripa in när användningsområde Teorier har utvecklats för bestämning av visar sig. Det dyra priset för kolnanotuber egenskaperna för matriser armerade med bör inte avskräcka, för om en bred tillkolnanotuber. Dock är de parametriska lämpning hittas eller/och nya produkantagandena tveksamma, såsom att det tionsmetoder utvecklas, så kommer priset finns fullständig vidhäftning mellan ma- att sjunka dramatiskt. tris och kolnanotuber. Teori och experimentet har för närvarande dålig överens- Kolnanotubers effekter på Du vet väl att Bygg & tekniks människor och miljö stämmelse. Kolnanoituber är väldigt små och därför innehållsregister och mycket Hur kunde kolnanotuber användas i måste deras effekter på människors hälsa annat finns på vår hemsida: cement- och betongmatris? uppmärksammas. Man vet att när kolnawww.byggteknikforlaget.se Man kan konstatera att den grundläg- notuber tränger in i människans celler så gande forskningen har påbörjats och mås- blir dessa dödade. Därför måste testerna te fortsättas för att bedöma möjliga till- av de mekaniska egenskaperna och forsk-

Läste Du det i Bygg & teknik?

Laga och skydda betong med Thoro System s Lagningsbruk med aktivt rostskydd s Slammor för skydd och vattentätning

AKUSTIK BYGGNADSAKUSTIK LJUDUTREDNINGAR KONSULTATION BULLERMÄTNINGAR STUDIODESIGN

AUDIO DATA LAB - INGEMAR OHLSSON Tel 0706-16 60 25 s www.cementor.se 66

Katarinavägen 22, 116 45 Stockholm Telefon 08-644 58 65 www.audiolab.se

Bygg & teknik 7/09

En ny skolbyggnad i Stockholm.

bygg & t eknik 100 år

För Atheneum för flickor

i meddela här en bild af den nya skolhusbyggnad, som Akt.-bol. Atheneum för flickor håller på att uppföra snedt emot Adolf Fredriks kyrkogård med adressnummer 26 & 28 S:t Bastugatan eller blifvande Sveavägen. Den rymliga tomten bereder plats åt ej blott skolhusbyggnaden utan jämväl för en rymlig lekgård. Ritningarna till den imponerande skolhusbyggnaden äro uppgjorda af arkitektfirman Hagström & Ekman, som förut uppgjort ritningar till andra flickskolebyggnader i hufvudstaden. Grundläggningsarbetet har utförts af firman Kasper Höglund, centraluppvärmning och ventilation af ingeniör Wilh. Dahlgren. Byggnaden omfattar en souterrinvåning, och en större gymnastiklokal, där klädrum, badrum, vaktmästarbostad m. fl. lokaler äro belägna. Hufvudingången är förlagd till hörnet midt emot Adolf Fredriks kyrkogård. De två första våningarna ofvan upp å souterinvåningen inrymmer lärosalar för de förberedande klasserna och högre flickskolan, expeditionsrum och lärarinnerum, de två följande våningarne de olika lokalerna för folkskole- och småskoleseminarierna, slöjdsalar, samlingsal m. m. Öfversta våningen upptages af lokaler för undervisning i naturkunnighet, huslig ekonomi och teckning. Förstugan och korridorer blifva mycket rymliga, alla lokalerna ljusa och försedda med kraftig ventilation. En mindre lekgård anordnas å taket till den lägre flygeln vid Adolf Fredriks södra kyrkogata. Den nya byggnaden med sitt vackra centrala läge beräknas kunna bli färdig under innevarande år.

Artikeln som du just läst prydde den första sidan på n:r 8 1909 av Tidning för Byggnadskonst, som tidningen hette vid den tiden. Skolhusbyggnaden står fortfarande kvar och är, att dömma av exteriören, i fint skick. Det vackra huset ägs idag av Diligenta AB, men används inte längre för skoländamål, utan inrymmer huvudsakligen kontorslokaler. Vi avslutar klippen ur den allra första årgången med några intressanta notiser som vi denna gång hittar under rubriken ”Från utlandet”:

Hamnanläggningarne i Berlin. Tysklands hufvudstad står i beredskap att anlägga två hamnbassänger. De beräknas utrymme för minst 100 fartyg af större tontal. Kostnaderna beräknas till öfver 25 millioner mark. Panamakanalen, som nu är under byggnad af amerikanerna hade vid förra årets slut dragit en kostnad af nära 100 millioner dollars för hittills utförda arbeten, hvilka blott utgöra en bråkdel af det hela.

Nya Plastdetaljer? Vi gör hela jobbet • Produktutveckling • Formtillverkning • 5-Axlig fräsning • Formsprutning • Formsprutor 16 st • Detaljvikt 0,1-500 gr • Certifierade

POLYMER DON Tel: 016-14 21 26 • www.polymerdon.se Bygg & teknik 7/09

Akustik/BullerskĂ¤rmar:

Byggplast:

Balkonger:

FogtĂ¤tningsmassor:

6Â&#x2C6;Ă&#x160;Ă&#x192;iĂ&#x20AC;Ă&#x203A;>Ă&#x20AC;Ă&#x160;vÂ&#x;Â&#x2DC;Ă&#x192;Ă&#x152;iĂ&#x20AC;Â?Â&#x153;LL>Ă&#x20AC;it 6iÂ&#x2DC;Ă&#x152;Â&#x2C6;Â?iĂ&#x20AC; /BĂ&#x152;Â?Â&#x2C6;Ă&#x192;Ă&#x152;iĂ&#x20AC; iĂ&#x192;Â?>} BĂ&#x20AC;}

Â&#x153;}Â&#x201C;>Ă&#x192;Ă&#x192;>]Ă&#x160;Â&#x17D;Â&#x2C6;Ă&#x152;Ă&#x152; Â&#x153;}L>Â&#x2DC;` 6iĂ&#x20AC;Â&#x17D;Ă&#x152;Ă&#x17E;}]Ă&#x160;Â&#x201C;>Ă&#x192;Â&#x17D;Â&#x2C6;Â&#x2DC;iĂ&#x20AC; Â&#x201C;Â°Â&#x201C;Â°

1 - &\Ă&#x160;Ă&#x160;Ă¤Ă&#x17D;Â&#x2122;Ă&#x201C;Â&#x2021;Ă&#x17D;Ă&#x2C6;Ă¤Ă&#x160;ÂŁĂ¤Ă&#x160;Ă&#x160;Ă&#x160;Ă&#x160;Ă&#x160;Ă&#x160;Ă&#x160;Ă&#x160;Ă&#x160;-/" " \Ă&#x160;Ă&#x160;Ă¤nÂ&#x2021;Ă&#x201C;Ă&#x2C6;Ă&#x160;xĂ&#x201C;Ă&#x160;ÂŁĂ¤ Ă&#x153;Ă&#x153;Ă&#x153;Â°Â?iÂ&#x2C6;v>Ă&#x20AC;Ă&#x203A;Â&#x2C6;`Ă&#x192;Ă&#x192;Â&#x153;Â&#x2DC;Â°Ă&#x192;i

Betong/MembranhĂ¤rdare:

Fuktskydd:

â&#x20AC;&#x201C; skivan

[ PP

FuktsĂ¤krar husgrunder! â&#x20AC;˘ Snabb uttorkning â&#x20AC;˘ Torr grund â&#x20AC;˘ Varm grund â&#x20AC;˘ God vĂ¤rmeekonomi â&#x20AC;˘ LĂĽg totalkostnad

Betongelement:

Brandskydd:

SvarvarvĂ¤gen 8 A â&#x20AC;˘ 142 50 SkogĂĽs Telefon 08-609 00 20 â&#x20AC;˘ Fax 08-771 82 49

www.isodran.com

Fukt, lukt, mĂśgel och radon TrygghetsVakten skyddar krypgrund & vind frĂĽn fuktrelaterade skador. s -ARKNADENS LĂ&#x2039;GSTA ENERGIFĂ&#x161;RBRUKNING s -INIMALT MED UNDERHĂ?LL s Ă?RS LIVSLĂ&#x2039;NGD

Betonginstrument:

FĂśnsterrenovering: www.trygghetsvakten.se

031-760 2000

FĂśnster . Inglasningar . Balkonger . Vasab-produkter Teknova Byggsystem AB â&#x20AC;˘ Box 75 â&#x20AC;˘ 592 22 Vadstena Tel: 0143-292 20 â&#x20AC;˘ Fax: 0143-131 50 â&#x20AC;˘ info@teknova.se www.teknova.se

Bygg & teknik 7/09

Geosynteter:

Golvbeläggningar:

branschregister Ingjutningsgods:

FLA Utveckling AB Gävle: 026-420 18 00 Lidköping: 0510-288 01 Rimbo: 0175-622 35 www.fla.se

Bentonitmatta • Geomembran • Dränmatta Geotextil • Geonät • BES • Vägtrummor Rörbroar

Lining Technologies Group

THE WORLD’S LARGEST PRODUCER OF BENTONITE LINERS

SCANDINAVIAN

TERRA TEC

Box 20179, 161 02 BROMMA Tel 08-764 68 80, Fax 08-98 05 19 www.meba.se Mobiltel 0708-55 77 89 0708-73 61 67

Allt pekar på att en bra epoxibeläggning skall hålla minst 40 år

Konsulterande ingenjörer:

Nöj dig inte med mindre!

NM Golv 100 UP har bl.a. god slitstyrka, är tryckfördelande, slagtålig, stötdämpande, kemikalieresistent och lättstädad. För vårt kompletta golvsortiment, se vår hemsida.

Nils Malmgren AB

| Box 2093 | 442 02 Ytterby Tel: 0303-936 10 | www.nilsmalmgren.se | info@nilsmalmgren.se

Grund- och golvvärmesystem:

Din Partner för mark, väg och vatten

Geoteknik:

0771-640040 viacon@viacon.se www.viacon.se

Grundläggning: INFRASTRUKTUR OCH GRUNDLÄGGNINGAR BROAR

De snabbaste analyserna av inomhusmiljö med kvantitativ DNA-teknik! Kemiska analyser av mark och vatten och luft.

BULLERSKYDD OCH STÅLRÖRSPÅLAR Ruukki klarar hela projektet för grund, stomme, tak och vägg

Tel +46 243 887 44 - infrasweden@ruukki.com www.ruukki.com

Bygg & teknik 7/09

Vi analyserar byggd miljö

Box 15120, 750 15 UPPSALA, 018-444 43 41 www.anoZona.com

branschregister

Konsulterande ingenjörer, forts:

Ackrediterad kalibrering www.sp.se

1002

Ljus och säkerhet:

Vi kalibrerar:

• Lufthastighet • Luftflöde • Luftfuktighet

Kontaktpersoner Lufthastighet, Luftflöde Harriet Standar, 010-516 51 87

Luftfuktighet Per Jacobsson, 010-516 56 63

SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut

Mätinstrument:

Prefabricerade väggsystem:

Sportgolv:

Kunnande i en klass för sig • Akustik • Buller • Vibrationer ÅF-Ingemansson Tel. 010-505 00 00 www.afconsult.com

Kraft – ljus – klimat:

Tak/Tätskikt:

• Byggnadsakustik • Buller • Vibrationer • Kalibrering 1002

– Ljudisoleringslab – Halvekofritt lab – Efterklangsrum

Tel: 010-516 50 00 • www.sp.se/akustik SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut

Bygg & teknik 7/09

www.situation.se

Goda rum

Fotograf: Andreas Hyltén

När vi är involverade i ett byggprojekt, tar vi ansvar för att skapa inspirerande miljöer för den nutida och framtida människan. Miljöerna formas i samarbete mellan uppdragsgivare, arkitekter och designers. Oavsett vad vi levererar; komponenter, stommar, väggar, broar eller kompletta byggsystem, har vi som mål att skapa Goda rum. Bilden: Sony Ericsson i Lund, väggsystem från Moelven Eurowand. Läs mer om våra innerväggar på moelven.se

BEGRÄNSAD EFTERSÄNDNING Vid definitiv eftersändning återsänds försändelsen med nya adressen på baksidan (ej adressidan)

POSTTIDNING B

Avsändare: Förlags AB Bygg & teknik Box 19099, 104 32 Stockholm

Socialt Miljömässigt

S P L I T Z

Ekonomiskt

Grunden för ett hållbart samhällsbyggande Betongens naturliga beståndsdelar, långa livslängd och fulla återvinningsbarhet ger minimal miljöpåverkan under en byggnads hela livscykel. Låga drift- och underhållskostnader bidrar till en god totalekonomi, och den stabila, täta och värmelagrande betongen ger bekväm ljudmiljö och behagligt klimat för de boende. Hämta broschyren ”Hållbart byggande med betong” på vår webbplats. För ett hållbart samhällsbyggande – Tänk betong, bygg med prefab.

www.betongvaruindustrin.se

Branschledande företag är medlemmar i Elementsektionen: CONTIGA . FINJA . STRÄNGBETONG . NYBRO CEMENTGJUTERI . ABETONG . BETONGMÄSTARNA SVERIGE . KC BETONG STARKA . HUSKVARNA CEMENTGJUTERI . SCF BETONGELEMENT . PREFAB I TRANEMO . KILENKRYSSET PREFAB