Projekt 12965 – Avslutat Undvikande av lastoberoende sprickor - vägledning och rekommendationer för ny praktisk metod mötande nyanserade krav

Forskning vid Luleå Tekniska Universitet.

Det mest akuta behovet av förstärknings- och reparationsarbeten av betong har att göra med långsiktig beständighet. Krympkompatibilitet mellan basbetong och förstärkningsmaterial och en allmän förståelse av krympningens mekanismer, som utgör grunden för att förutsäga sprickrisker, är en förutsättning för hållbara reparationer av betongkonstruktioner.

Högpresterande cementmaterial är särskilt utsatta för krympsprickor vid tidig ålder då materialets draghållfasthet ännu inte är fullt utvecklad. På materialsidan har en förbättrad deformationsförmåga hos förstärkningsmaterialet potential att reducera makrosprickor, men materialet kan fortfarande vara känsligt för krympsprickor. Uppsprickning orsakar, utöver den omedelbara minskningen av draghållfasthet, en ökning av permeabiliteten hos det förstärkande eller reparerande skiktet som kan initiera en ond cirkel av sprickbildning - korrosion eller skador av frysning och upptining - mer sprickbildning - accelererad nedbrytning - spjälkning eller delaminering.

I det aktuella arbetet har förstärkningspotentialen för högpresterande cementbaserade förstärkningsmaterial utvärderats experimentellt. Fokus har lagts på beteendet i dragriktningen (förstärkningseffekt, töjningsförmåga, töjningshårdnande, sprickbildning), eftersom det är dessa egenskaper som ger materialet förmågan att motstå (makro)sprickbildning.

Reparationspotentialen hos nyutvecklade material som alkaliaktiverade material (AAM) har också undersökts eftersom de är viktiga exempel på trender i materialutvecklingen. Emellertid saknas till stor del forskning om förståelse och karaktärisering av mekanismer för krympning och den ökade risken för krympsprickor hos högpresterande material. Följaktligen utvärderas och modelleras i fortsättningen autogena krympningsbeteenden hos vanlig Portlandcementbetong (OPC), Portland kompositcementbetong (PCC) och alkaliaktiverad slaggbetong (AASC), som genomgår värmehärdning. Avsikten är att bidra till krympnings- och sprickriskprognoser för högpresterande bindemedel, vars krympningsbeteende i stor utsträckning har varit okategoriserade. Fokus har lagts på det autogena deformationsbeteendet vid tidig ålder. På materialsidan har töjningsförmågan och de töjningshårdnande egenskaperna hos förstärkningsmaterialet identifierats som de viktigaste markörerna för det strukturella beteendet hos materialet. Omfattande testning av lovande material och materialkombinationer har utförts, med tonvikt på beteende i dragriktningen och sprickbildning hos dessa material. Den andra delen av arbetet startade som ett fristående projekt med målet att anpassa en mognadsbaserad modell för krympningsberäkning för betonger av portlandkompositcement.

I experimenten har emellertid osystematiskt förekommande autogen expansion hittats i både PCC och AASC. Specifika reparationsbruk har inte testats för krympning. Emellertid kan problem med det autogena deformationsbeteendet förutspås hos dessa material på grund av de stora mängderna slagg eller flygaska som finns i dessa, den möjliga alkaliska aktiveringen, den fina porstrukturen, den signifikant ökade andelen mesoporer (särskilt i AAM), bristen på inre tvång på grund av att grövre ballast saknas, den högre pastavolymen och effekterna av möjlig värmehärdning. Expansionen verkar utlösas av värmehärdning. Emellertid är temperaturgradienterna som orsakar det inte nödvändigtvis stora. I litteraturen har svällning observerats även vid rumstemperatur. I de experimentella data som presenteras här är expansionen för både PCC och AASC av en storlek som inte kan försummas och har en potential att mildra en del av krympspänningarna, men expansionen kan för närvarande inte förutspås av autogena krympningsmodeller.

Slutredovisningen utgörs av doktorsavhandlingen "Early Age Autogenous Deformation and Cracking of Cementitious Materials - Implications on Strengthening of Concrete Structures", Katalin Orosz, KTH (79 sidor och 5 vetenskapliga artiklar).