• No results found

Reparationer av Ölandsbron

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Reparationer av Ölandsbron"

Copied!
49
0
0

Loading.... (view fulltext now)

Full text

(1)

Reparationer av Ölandsbron

Repairs of the Öland bridge

Examensarbete, 15 hp, Byggingenjör VT 2019

(2)

Förord

Detta examensarbete utgör det sista momentet av Byggingenjörsutbildningen vid Malmö universitet (Mau) på Fakulteten för teknik och samhälle. Arbetet har genomförts i samarbete med Trafikverket och avdelningen för byggteknik vid Malmö universitet. Examensarbetet behandlar främst reparationer av Ölandsbrons pelare.

Under genomförandet av examensarbetet har ett flertal personer varit involverade och dessa personer har bidragit med kunskap, synpunkter och underlagsmaterial för att vägleda arbetet. Jag vill först och främst tacka min handledare Kristian Stålne för att jag fick ta del av hans goda råd och synpunkter kring examensarbetet. Ett stort tack till personalen på Trafikverkets arkiv som hjälpte till med material, till Adriano Maglica vid Trafikverket och till Mark Eriksson vid BaTMan. Till slut vill jag tacka min sambo för visat tålamod och stöd vid min sida.

(3)

Sammanfattning

Ölandsbron uppvisade omfattande skador bara tio år efter den invigdes. Detta gör att det är intressant att studera brons reparationer och även betongkonstruktioners reparationer allmänt. En annan anledning som gör att det är intressant att studera Ölandsbrons åtgärder är att det saknas information gällande genomförande av reparationer på bron. Målet är att presentera vilken reparationsmetod som är lämplig och vilken reparationsåtgärd som ska tillämpas vid reparation av betongkonstruktioner.

Brokonstruktioner är exponerad för en relativt aggressiv miljö som till exempel frostangrepp, korrosionsangrepp och saltvatten/klorider från havsvatten, samtidigt som det förväntas att brokonstruktioner ska ha en lång livslängd. Detta gör att höga krav ställs på brons beständighet. Syftet med detta arbete är att undersöka vad som påverkar livslängden på Ölandsbron och betongkonstruktioner allmänt och paralleller dras mellan brons reparationer och framtida reparationer. Arbetet introducerades genom att studera olika studier angående nedbrytningsmekanismer. Undersökningen genomfördes genom att studera brons konstruktionsritningar, diskutera reparationsorsakerna med de ansvariga vid bron och skaffa fram olika rapporter om bron. För att kunna granska skador och åtgärder som påverkade betongkonstruktioner livslängd gjordes en sammanställning med syftet att ge en helhetsbild av vad som påverkar livslängden på Ölandsbron och betongkonstruktioner. Det som studerades var åtgärder och skador som har koppling till brons livslängd. Ölandsbron uppvisade omfattande skador bara tio år efter att den var färdigbyggd, vilket gör att bron var extra intressant att studera. För att kunna dra slutsatser gjordes en sammanställning över dels hur skadorna uppstod på Ölandsbrons konstruktioner genom åren, dels hur de hänger ihop med brons livslängd. En anledning till att det uppstod stora skador på bron var att regelverket i Sverige var vagt då bron byggdes och att det inte fanns någon kunskap gällande utförandet vid byggnation av broar. Detta ledde till att bron byggdes med lägsta kostnad som prioritet och att det inte togs hänsyn till livslängden och brons hållbarhet.

En del av Ölandsbrons skador beror på användningen av saltvatten som beståndsdel i brokonstruktionen. Detta ledde till ökad korrosionsangreppshastighet och ökad kloridhalt i betongen, vilket ledde till att det uppstod sprickor på betongsytan och till att inträngning av klorider skedde i en snabbare takt. Ölandsbrons pelare i lågnivådelen är utsatta och är de pelare som hade flest allvarliga skador. En viktig faktor är betongens kvalitét. Vid brons byggnation användes betong med låg kvalitét som är känsligare för påfrestningar från omgivningens miljö. Användning av betong med låg kvalitet kan påverka brons livslängd negativt. Flertalet pelare på Ölandsbron har genomgick på 1980-talet reparationer med syfte att bygga ett nytt ”skal” runt om pelarna för att skapa ett skydd och förhindra inträngning av klorider.

(4)

Abstract

The Öland Bridge showed extensive damage only ten years after the inauguration. This makes it interesting to study bronze repairs and also repairs of concrete structures in general. Another reason that makes it interesting to study Ölandbro's measures is that there is no information regarding the implementation of repairs on the bridge. The goal is to present which repair method is appropriate and which repair action is to be applied in the repair of concrete structures.

Bridge constructions are exposed to a relatively aggressive environment, such as frost attacks, corrosion attacks and salt water/chlorides from seawater, while it is expected that bridge constructions will have a long life. This means that high demands are placed on bronze durability. The purpose of this work is to investigate what affects the lifespan of the Öland bridge and concrete constructions in general and parallels are drawn between bronze repairs and future repairs. The work was introduced by studying various studies on degradation mechanisms. The study was carried out by studying bronze design drawings, discussing the causes of repair with those responsible at the bridge and obtaining various reports on the bridge. In order to be able to examine the damage and measures that affected the life of the concrete constructions, a summary was made with the aim of giving an overall picture of what affects the lifespan of the Öland bridge and concrete constructions. What was studied was measures and injuries that are linked to the lifetime of bronze. The Öland Bridge showed extensive damage only ten years after it was completed, which meant that the bridge was particularly interesting to study. To be able to draw conclusions, a summary was made of how the damage arose on Ölandsbron's constructions over the years, partly on how they are related to the lifetime of bronze. One reason why great damage occurred to the bridge was that the regulations in Sweden were vague when the bridge was built and that there was no knowledge regarding the execution when building bridges. This led to the bridge being built with the lowest cost as a priority and that the lifetime and bronze durability were not taken into account.

Part of Ölandsbron's damage is due to the use of salt water as a component of the bridge construction. This led to increased corrosion attack rate and increased chloride content in the concrete, resulting in cracks on the concrete surface and the penetration of chlorides at a faster rate. The pillars of the Öland Bridge in the low level part are exposed and are the pillars that had the most serious damage. One important factor is the quality of the concrete. In bronze construction, low-quality concrete is used which is more sensitive to stress from the environment. The use of low quality concrete can adversely affect the lifetime of bronze. Most pillars at the Öland Bridge have undergone repairs in the 1980s with the aim of building a new "shell" around the pillars to create protection and prevent the penetration of chlorides.

(5)

Innehållsförteckning

1 Inledning ... 1

1.1 Bakgrund ... 1

1.2 Syfte och frågeställningar ... 2

1.3 Avgränsningar ... 2

1.4 Metod ... 2

2 Broar ... 4

2.1 Broar av olika material: träbroar, stenbroar och stålbroar ... 4

2.2 Betongbroar ... 4 2.3 Ölandsbron ... 5 3 Betong ... 1 3.1 Allmänt ... 1 3.2 Exponeringsklass ... 1 3.3 Armeringsstål ... 2 3.4 Tätskikt ... 3 3.5 Allmänt ... 3

4 Nedbrytning och skador ... 4

4.1 Allmänt ... 4 4.2 Korrosionsangrepp på betongkonstruktioner ... 4 4.3 Korrosionsangrepp på kantbalkar ... 4 4.4 Kloridangrepp ... 5 4.5 Karbonatiseringsangrepp ... 6 4.6 Sprickbildning ... 6 4.7 Frostangrepp ... 7 4.8 Skador på tätskikt ... 8 4.9 Skador på broar ... 8 4.10 Betongkonstruktioner ... 8 5 Skador på Ölandsbron ... 1 5.1 Brons kostnader ... 1 5.2 Ölandsbron ... 1

6 Reparationsmetoder och reparationsmaterial ... 3

6.1 Val av reparationsåtgärd ... 3

6.2 Beskrivning av reparationsmetoder ... 4

6.2.1 Förebyggande åtgärd ... 4

6.2.2 Lågt vattencementtal ... 4

6.2.3 Ett tjockt täckskikt ... 5

6.2.4 Katodiskt skydd ... 5

6.2.5 Rostfri armering ... 6

7 Sammanställning av resultat från andra studier ... 7

7.1 Bygga nytt betongskal ... 7

7.2 Reparationers påverkan på Ölandsbrons livslängd ... 8

7.3 Kunskap om reparationerna på Ölandsbron ... 8

7.4 Sammanfattning av sammanställande resultat från andra studier ... 9

7.4.1 Skador på kantbalkar och reparationsåtgärder ... 9

7.4.2 Ölandsbrons pelare ... 9

7.4.3 Brobaneplatta ... 10

(6)

7.4.5 Livslängd på dagens broar som kan förväntas ... 10

7.4.6 Lärdomar från Ölandsbrons reparationer ... 10

7.5 Resultat ... 11 8 Diskussion ... 12 9 Slutsats ... 13 Referenslista ... 15 Muntlig källa ... 18 Bilaga 1 och 2 ... 19 Bilaga 3 och 4 ... 20 Bilaga 5 och 6 ... 21 Bilaga 7 och 8 ... 22 Bilaga 9, 10 och 11 ... 23 Bilaga 12, 13 ,14, 15 och 16 ... 24 Bilaga 17 ... 25 Bilaga 18 ... 26

(7)

1 Inledning

Brokonstruktioner är ofta konstruerade ha långa livslängder, i många fall minst 100 år. Så långa livslängder ställer höga krav på en god beständighet med avseende på de nedbrytningsmekanismer som uppträder i de miljöer broarna uppförs. I denna sammanställning behandlas reparationer och korrosion på betongkonstruktioner med fokus på Ölandsbron. Olika myndigheter som BBR (Boverkets byggregler) och EKS (Boverkets konstruktionsregler) ställer krav som ska uppfyllas när det gäller ett byggnadsverks beständighet. Därför är det viktigt att reparera de skador som uppstår på byggnadsverket för att minska hastigheten på nedbrytningen (Fuzier, 2002).

1.1 Bakgrund

De första brokonstruktionerna bestod av trädgrenar, plank eller stenar, vilket gjorde det möjligt att ta sig över ett hinder som till exempel ett vattendrag. Brobygget blev efter hand allt mer sofistikerat och brobyggnadstekniken förbättrades med tiden (Svensk Trä, 2018). Broar kategoriseras i olika kategorier efter vilken typ av konstruktion de har. Mer allmänt definierat är en bro ett byggnadsverk som kopplar samman en led till två olika sidor. Detta kan till exempel vara en bro som leder från ett fastland till en ö (Trafikverket, 2000). Det finns olika typer av broar som till exempel vägbroar, järnvägsbroar och även broar som har fler än ett transportmedel. Enligt Trafikverket (2000) definieras en bro som en konstruktion där spännvidden i det större spannet är två meter eller längre. Enligt Olnhausen (1991) ett lands infrastrukturer styrs av hur geografin och trafikflöden ser ut i landet. Sverige är ett stort land geografiskt sett och befolkningen är utspridd i landet vilket innebär ett stort behov av broar. För att kunna säkerställa vägbroars funktioner görs kontinuerliga underhåll och reparationer (Olnhausen,1991). Reparationer kan innebära alltifrån att byta ut en kantbalk till att reparera skadade delar på broars betongkonstruktioner (Mattsson m.fl. 2007).

Enligt Hassanzadeh (2014) har kostnaderna för reparation och underhåll av armerade betongkonstruktioner ökat kraftigt. Kostnaderna beror på att klorider från salt tränger sig in i betongen och angriper armeringen. Saltet kan komma från omgivningen, till exempel från vägsalt, luft och havssalt. Enligt Belie m.fl. (2004) är det den kemiska processen som uppstår, det vill säga att sulfat och svavelsyra angriper betongen, som leder till korrosion. Korrosionen kan uppstå genom att den yttre delen på betongrören angrips och sedan tar sig klorider och vätska in till armeringen. Enligt Mårtensson (2000) kan en anledning till att livslängden på byggnadsverk minskar vara att det täckskikt som skyddar armeringen inte har tillräcklig tjocklek. Enligt Trafikverket (2014) kan en orsak till att det uppstår skador på betongkonstruktioner vara felaktiga byggmetoder. Fuzier (2002) hävdar att reparationer är viktiga för att förlänga livslängden på vägbroar. För att undvika korrosion och förhindra korrosionsskador är det viktigt att reparationer genomförs när behovet finns. Fagerlund (2014) menar att vägbroar är utsatta för korrosion och att detta leder till att deras livslängd förkortas. I detta arbete studeras broar med avseende på korrosion och reparation och hur brokonstruktionens livslängd kan förlängas. Undersökningen består av en sammanställning av de olika naturliga mekanismerna som bryter ned bron över tid och dessa mekanismer kan vara extremt låg temperatur och havsvatten. I denna undersökning ingår även en diskussion kring Ölandsbrons reparationer kopplad till reparationer på befintliga och framtida broar för att förebygga uppkomsten av skador på brokonstruktioner. Reparationsmetoden presenteras i resultatavsnittet. Ölandsbron har genomgått omfattande reparationer men det har inte gjorts någon omfattande studie om reparationerna, vilket innebär att det är viktigt att undersöka detta.

(8)

Dessutom är en anledning att kartlägga hur korrosionsproblem och reparationsbehov på betongkonstruktioner i allmänhet kan förebyggas för att öka livslängden. Förhoppningsvis kommer detta examensarbete leda till att kunna dra lärdomar av misstag som begicks vid Ölandsbrons byggnation.

1.2 Syfte och frågeställningar

Syftet med denna sammanställning är främst att undersöka uppkomsten av korrosion på Ölandsbron på grund av användningen av saltvatten i konstruktionen men också saltangrepp från havet. I denna sammanställning undersöks hur reparationer genomförs och hur de kan förlänga livslängden på Ölandsbron med syftet att dra lärdomar till framtida broreparationer. Utifrån denna sammanställning dras lärdomar som kan bidra till att en mer lämplig reparationsmetod tas fram för att kunna förlänga livslängden på brokonstruktioner. För att uppnå syftet undersöks följande frågeställningar:

• På vilket sätt kan reparationen av Ölandsbron förlänga livslängden för bron?

• Hur genomförs reparationer för att hantera korrosion i konstruktionen som uppkommer på grund av användningen av saltvatten som beståndsdel i betongen på Ölandsbron? • Vilka lärdomar kan dras utifrån reparationer på betongkonstruktioner i allmänhet?

1.3 Avgränsningar

En avgränsning är att sammanställningen endast behandlar Ölandsbrons reparationer och betongreparationer i allmänhet, eftersom Ölandsbron har blivit angripen av korrosion på grund av felaktigt utförande vid brons byggnation. Rapporten avgränsas till reparationer för betongkonstruktioner och vilka nedbrytningsmekanismer som påverkar livslängden på broar. Urvalet gäller Ölandsbron då den behöver kontinuerliga reparationer för att säkerställa brons funktion. I denna sammanställning kommer det inte tas hänsyn till ekonomiska aspekter, livscykelanalys och slitage på övriga delar, som till exempel brons anordningar, avloppsledning och asfaltsskiktet.

1.4 Metod

Insamling av data skedde huvudsakligen med hjälp av vetenskapliga artiklar och rapporter där information söktes om olika korrosionstyper, reparationsmetoder, påverkan av saltvatten i brons betong och material. Förskrifter och rapporter från ansvariga myndigheter användes för att genomföra arbetet, det vill säga lagkrav från BBR (Boverkets byggregler) och EKS (Boverkets konstruktionsregler). Ölandsbron studerades med hjälp av konstruktionsritningar och bron undersöktes för att få en insikt i konstruktionen och för att kunna hitta möjliga brister på konstruktionen och även riskområde för korrosion. BaTMan är Trafikverkets broförvaltningssystem och ansvara för sammanställning och dokumentation av skador och åtgärder för att ge en bättre uppfattning av vad som påverkar livslängden hos brokonstruktioner. Till denna sammanställning har underlagsmaterial, som till exempel bilder och ritningar, hämtats från BaTMan. Intervjuer kan vara en viktig källa menar Yin (2003). Det finns två typer av intervjuer enligt Yin (2003): öppna intervjuer och fokuserade intervjuer. Den öppna

(9)

uppstår under en bestämd tid och har en formell struktur kallas för fokuserad intervju och den resulterar i kvalitativ data. Sammanställningen genomfördes med hjälp av öppna intervjuer för att syftet är att de ansvariga på Trafikverket ska framföra sina åsikter och erfarenheter angående skador på konstruktionen. Intervjuerna genomfördes utifrån en intervjuguide som utgör bilaga 17.

(10)

2 Broar

2.1 Broar av olika material: träbroar, stenbroar och stålbroar

Trä är ett annat material som används vid brobygge. Trä används i olika delar av en brokonstruktion, till exempel som en träbalk, i en bärande konstruktion i en överbyggnad och som stöd i en underbyggnad i form pålroster, stenkistor eller rustbäddar. Träbroar utnyttjas för lättare trafik som gångbroar och mindre bilar (Svenskt Trä, 2019). I hårt trafikerade områden med tunga fordon är trä inte tillräckligt starkt som konstruktionsmaterial. Enligt SP Trätek (2009) fanns det inte en enda träbro med bärande huvudkonstruktioner och lång spännvidd av trä under tung trafik i Sverige. I figuren nedan redovisas andelen av de fyra olika bärande konstruktionsmaterialen.

Figur 1 Byggnadsmaterial uppdelat utifrån olika material på broar från 1950-1990 (Statens vägverk, u.å.)

Stenbroar, som även kallas för valvbroar, var den vanligaste brotypen som byggdes under 1800- talet. Det finns cirka 600 valvbroar som är i trafik numera i Sverige. Trafikverket ersatte de riskfyllda gamla träbroarna över till exempel älvar. För att hålla stenbroar fungerande underhålls de regelbundet för kompletterande förstärkningar och bredningar. Trafikverket satsar på att bevara de befintliga valvbroarna som är vackra, relativt bärkraftiga och beständiga. En del av dessa broar behöver förstärkas med inre betongvalv eller andra brokonstruktionsdelar (Olnhausen,1991). Byggnationen av stenbroar minskar med åren se figuren ovan. Stålbroars byggnation tog fart under senare delen av 1800-talet på grund av moderna metoder för stålframställning och det gjordes förbättringar vid tillverkning av valsade stål. Dessa framgångar ledde till att stål under en period från ca 1850-talet till 1930-talet blev det mest använda materialet i brokonstruktioner. Vid samma tid var järnvägsbyggnationen i gång i Sverige. Det fanns totalt ungefär 5000 stålbroar för vägar och järnvägar i Sverige (Olofsson, 2010).

2.2 Betongbroar

Användning av betong som byggnadsmaterial tog fart i slutet av 1800-talet, vilket gjorde att betong kom att konkurrera mot stål. Betong har en låg draghållfasthet som gjorde att den i

(11)

konstruktionen genom tryckkrafter. Användning av armering i betong resulterade till Skurubron som är en stor armerad betongkonstruktion i form av en bågbro. Detta var den första bron som byggdes med spännvidden 78 meter och den byggdes så tidigt som 1914–1915. En annan byggmetod presenterades under 1920-talet som gick ut på att förspänna armerade balkar genom att förlägga armering löst i rör och spänna den efter betongen har hårdnat med förankring i ändarna av balken. Därefter sprutas cementbruk in i rören. Betongen får på det sättet en primär tryckspänning och kan ta upp dragspänningar av yttre last utan att sprickor uppstår på konstruktionen. Denna metod kallas spännbetongteknik och möjliggör att betongkonstruktioner med mycket stora spänningsvidder kan byggas. Den största balken som byggdes i Sverige har en spännvidd på 200 meter. Betong var det mest använda byggnadsmaterialet inom brobygge och den utgör en marknadsandel på ca 80 % av produktionen av äldre broar och över 90 % av produktionen för nya broar. I figuren nedan redovisas andelen av broar byggda av olika material, vilket tydligt visar andelen av betongbroar i grön färg (Olnhausen,1991).

Figur 2 Antal broar i Sverige från 1901-1905 (BaTMan, 2019)

2.3 Ölandsbron

Innan Ölandsbrons byggnation användes färjeleder över Kalmarsund (se bilaga 1) och även nu används dessa men inte i lika stor utsträckning. Befolkningen och näringslivet på Öland har under alla tider strävat efter att lättare kunna ta sig över Kalmarsund eftersom färjeleden var begränsad, beroende på väderleken och dyra transportkostnader. Tidigare fanns endast fjärrförbindelse mellan fastlandet och Öland eftersom inga vägar ledde mellan ön och fastlandet. För att kunna bygga en förbindelse behövdes byggas nya vägar och broar för att kunna ta sig till Ölandsbron från fastlandet (Olnhausen,1991). Anslutningsvägar och kringliggande projekt påbörjades i samband med Ölandsbrons byggnation. Se figur 3.

(12)

Figur 3 Kringliggande projekt p.g.a. Ölandsbron (Statens vägverk, u.å.)

Ölandsbron anknyter Öland till fastlandet i den sydöstra delen av Sverige och invigdes 1972. Bron har en total längd på 6072 meter, den högsta fria höjden är cirka 42 meter med en fri brobredd på tretton meter och den är en betongbalkbro som består av 155 spann. Bron består av tre huvuddelar (se figurerna 4-6). Den delen som ligger mot fastlandet (se figur 5), som till större del ligger på Svinö, är 801 meter lång och har 23 spann som ligger i lågnivådelen och står på 23 pelare. Betong som användes för lågnivå-pelare hade låg kvalité. Betongen hade en specifikation, tryckhållfasthet på 30 MPa mätt på 150 millimeter kuber, med ett minimum cementinnehåll på 270 kg/𝑚" och en tjocklek på täckskikten på 30 millimeter. Betongen hade ett vct på 0,7, hade låg lufthalt och ett tunt täckskikt. Kantbalkar på bron hade luftinblandning mellan 3,5 % och 4,5 % (Hassanzadeh, 2014).

(13)

Figur 5 Ölandsbron den delen som ligger mot fastlandet (Statens vägverk, u.å.)

Figur 6 Ölandsbron mittersta sektion (Statens vägverk, u.å.)

Den delen som ligger i mitten av bron och som sträcker sig över Kalmarsund består av 8 spann och har en längd på 910 meter och står på sju pelare (se figur 6 ovan). Den delen som ligger på Ölandssidan består av 124 spann, är 4361 meter och står på 124 pelare (se figur 4 ovan). Brons låga delar består av kontinuerliga balkar med armerad betong som har en spännvidd på 35 meter. 53 av de 147 mellanbalkarna i lågnivådelen, som alla ligger mellan ön och fastlandet, är prefabricerade. Det genomsnittliga undervattensgrunddjupet ligger på minus 7,5 meter. Brons bärande del på undersidan av brobaneplattan består av balkliv och består av betong med armering och spännarmering. Balklivshöjden varierar från 8,5 meter till 1,8 meter (Bolin m.fl. 1997).

Balken har en bredd på 450 millimeter. De kontinuerliga balkarna och tvärbalken bildar en ihålig låda formad på högbrodelen. Den ”ihåliga lådan” har en tjocklek som varierar från 520 millimeter till 180 millimeter. Lådan har en längd på 900 meter och den är uppdelad i sex sektioner där varje sektion är 130 meter lång. Den högsta höjden på insidan av lådan är tolv meter mellan tak och golv. Brobaneplattan är utförd med armerad betong (se bilaga 3). Den är också spännarmerad och sammangjuten med balkliven. Bryggorna på hög nivå ligger på en grund av plattor. Den djupaste delen av plattorna ligger på minus 22,0 meter. Se bilagor för att få en helhetsbild kring brons ”ihåliga lådan”. Trafiken på Ölandsbron var betydligt mer än förväntat jämfört med beräkningar som gjordes vid planeringen under 1960-talet (se bilaga 5). Detta resulterade till att långa köer bildades på bron. För att förbättra trafikflödet öppnades två extra körfält på bron 1995 (se bilaga 6). De ursprungliga två körfältens uppdelning och två axlar (varje standard bredd) ändrades till fyra körfält och två minimala axlar (se bilaga 5-6). Detta förbättrade trafikflödet och minskade köbildningen (Bolin m.fl. 1997).

(14)
(15)

3 Betong

3.1 Allmänt

Betong är ett byggnadsmaterial med flera egenskaper, vilket gör att betong är lämpligt för att bygga betongbroar/betongkonstruktioner med långa spännvidder (Al-Emrani m.fl. 2011). Några exempel på egenskaper är att betong har god tryckhållfasthet och lång livslängd samt är lätt att forma (Burström, 2007). De flesta broar i Sverige var byggda av betong. Brodelarna kan bestå av antingen prefabricerade eller platsgjutna betongdelar (Olnhausen, 1991).

Betongens egenskaper kan bestämmas genom tillsättning av olika mängd betongingredienser. De vanligaste beståndsdelarna i betong är vatten, cement och ballast. För att framställa de önskade egenskaperna hos betong varieras mängden av dessa beståndsdelar. För att kunna framställa den önskade hållfastheten varieras andelen vatten och cement, vilket kallas för vattencementtal (vct). Den andra beståndsdelen i betong är cement. Cement består av ett antal grundämne som kisel, kalcium, aluminium och järn. Ballast är stenmaterial som har olika fraktioner och det finns även i eventuella tillsatsmedel och tillsatsmaterial i betong. En annan faktor som är avgörande för betong är mängden luft som finns i härdad betong. Vid frysning av vatten i betongporer kan isen expandera och skada betongen. De luftfickor (lufthalt) som finns i betongen tar upp volymen hos vattnet som fryser till is och sväller på vintern. Detta skyddar betongen från att frysa sönder under de cykliska frysningsprocesserna (Bergström, 1998). Betongens karakteristiska tryckhållfasthet ligger mellan 20 och 50 MPa, betong som har hög hållfasthet kan uppnå 80 MPa. Det finns variationer i E-model, mellan 27 och 37 GPa (Burström, 2007). Betongkonstruktionen har sämre draghållfasthet än tryckhållfasthet och därför används armering i betongkonstruktion för att uppnå större draghållfasthet. Draghållfastheten påverkas av stålarmeringskvalitéten, vilket gör att det karakteristiska värdet för stålarmering ligger på 500 MPa (Al-Emrani m.fl. 2011). Densitet för betong är 2400 kg/𝑚"(Al-Emrani m.fl. 2011).

Betong, som består av olika delar som ballast och cement, kallas för partikelkomposit. Kompositmaterial består av två eller flera material som har olika fysikaliska och kemiska egenskaper. Kompositmaterial har olika faser, som kan vara både kontinuerliga och diskontinuerliga. Den kontinuerliga fasen är en mjuk fas medan den diskontinuerliga fasen är stark, hård och spröd. Armeringen i konstruktionen utgör den diskontinuerliga fasen och matrisen utgör den kontinuerliga fasen. För att uppnå en bra armering behöver armeringen stå för tio volymprocent i den diskontinuerliga fasen i ett kompositmaterial (Täljsten, 2000 & Täljsten, 2006).

3.2 Exponeringsklass

För att kunna dimensionera en betongkonstruktion korrekt behövs hänsyn tas till ett antal faktorer. En av dessa faktorer är exponeringsklass, det vill säga vilken miljö betongkonstruktionen kommer att exponeras för. Betongens fysikaliska och kemiska kvalité och beständighet i en särskild miljö påverkas av delmaterial och sammansättning. För att kunna klassificera hur aggressiv omgivningen är kan begreppet exponeringsklass användas. Exponeringsklasserna är kategoriserade efter angreppsmekanismer som till exempel kan vara påverkan av havsvatten eller frysning. Även under dessa angreppsmekanismer finns tre eller fyra klasser och det finns totalt 18 exponeringsklasser. För att välja vilken exponeringsklass

(16)

som ska användas finns det olika standarder och en av dessa är kravet på minsta täckande betongskikt som ska uppfyllas enligt EKS (Svensk Betong, u.å.). De olika exponeringsklasserna redovisas i den nedanstående tabellen. På broar, som uppstår i en aggressiv miljö och är utsatta för frysning, appliceras exponeringsklasserna XS3 och XF4 för att bestämma betongens täcktskikt och andra avgörande faktorer (Svensk Betong, u.å.).

Figur 8 Exponeringsklasser för betong (Fagerlund, 2014)

3.3 Armeringsstål

Armeringsstål används redan tidigt på 1800-talet i olika betongkonstruktioner och används fortfarande vid de flesta brokonstruktioner som är utsatta för dragkrafter. Armering används främst för att öka draghållfastighet för betongkonstruktioner men samtidigt ökar även betongens tryckhållfasthet (Burström, 2007). Armering tar upp skjuv-, drag- och tryckspänning som uppstår i betong och hindrar även att det uppstår sprickor på betongkonstruktioner (Almgren m.fl. 2009). För att producera armeringsstål som är motståndskraftigt mot korrosion och används legering med ett flertal ämnen som ger de önskade egenskaperna hos stål (Almgren m.fl. 2009).

(17)

3.4 Tätskikt

Brobaneplattor beläggs i allmänhet med tätskikt och beläggningar för att skydda brons underlag mot kloridangrepp från vägsalt och trafikslitage. Detta kan innebära att beläggningssystem utgörs av tätskikt, skyddslager, bindlager och slitlager. Lasten som uppstår på grund av trafiken tas upp av beläggningen och fördelas över den bärande konstruktionen. Beläggningen kan bestå av många av lager. Beläggningens översta lager kan bestå av olika material som till exempel betong, asfalt eller grus. Dessa beläggningsmaterial skyddar det underliggande materialet som är den bärande konstruktionsdelen och som tar upp trafiklasten. Tätskikten förhindrar vätskor och andra föroreningar att tränga sig in i underliggande konstruktioner (Trafikverket, 2014).

3.5 Allmänt

Brobaneplattors utformning har förändrats genom åren som lett till att de byggs på många olika sätt. Detta har lett till att regelverket ställer högre krav och att tekniken och metoden förbättrats. Idag finns det skillnad mellan den gamla och moderna modellen av uppbyggnaden. Den gamla modellen byggdes förre 1975 som gick ut på att skydda betongen genom att till exempel använda gjutasfalt. Idag byggs beläggningen genom att det understa lagret under den bärande konstruktionsbetong tar upp sin egenvikt. Egenvikten består av de ovanliggande skikten och laster från trafiken på bron. För att skydda betongkonstruktionen läggs en primer av polymerbitumen och lösningsmedel på. För att skydda det primerna lagret läggs ett skyddslager av asfalt på. Asfalten kan ha en tjocklek på 10 - 15 millimeter. En annan typ av asfalt är asfaltbetong som kan ha en tjocklek på 35 - 40 millimeter som läggs ovanpå de skyddande lagren (Trafikverket, 2014).

Den gamla modellen av beläggningen kan se ut ungefär på samma sätt, med en bärande betongkonstruktion. Den ovanliggande beläggningen på betongkonstruktionen består av vattenavvisande asfalt. Den vattenavvisande beläggningen skyddar betongkonstruktionen och förhindrar att vätska och andra föroreningar tränger sig in i betongkonstruktionen. För att kunna skydda den vattenavvisande beläggningen läggs det då på ett lager av betong och sedan läggs ett lager av asfalt ovanpå den (Trafikverket, 2014).

(18)

4 Nedbrytning och skador

4.1 Allmänt

Betongbroar är konstant utsatta för påfrestning av olika laster orsakade av till exempel havssalt, vatten och luftföroreningar. Detta leder till att nedbrytningsprocesser sätts igång och bryter ned betongkonstruktioner. Vid dimensionering av brokonstruktion är det angeläget att känna till vilka nedbrytningsmekanismer som finns och hur dessa mekanismer kommer verka på brokonstruktionen. Betong är ett material i likhet med andra material kommer brytas ned med tiden (Bergström, 1998). För att få en bättre uppfattning gjordes en sammanställning av orsakerna bakom olika skador och dessa kan delas upp i olika kategorier som kommer att beskrivas i nedanstående avsnitt (se bilaga 9-16).

4.2 Korrosionsangrepp på betongkonstruktioner

Korrosion kan uppstå vid vanlig användningstemperatur då stålet bryts ned elektrokemiskt. För att ett sådant angrepp ska uppstå krävs att det finns en fri stålyta med elektrisk potentialskillnad. När stålytan kommer i kontakt med vätska (oftast vatten) och det finns tillgång på syre uppstår korrosion. Korrosion sker inte när den relativa luftfuktigheten ligger under 60%. Ökning av luftfuktighet och föroreningar leder till ökad korrosion på armering. Korrosionshastigheten ökar när armeringen kommer i kontakt med svaveldioxid och klorider. Om armering kommer i kontakt med mycket smutsig yta, kan smutsen hålla kvar fukten som leder till att korrosion uppstår även med relativ luftfuktighet under 60% (Burström, 2007).

Armeringskorrosion uppkommer framförallt på grund av två huvudsakliga angreppsmekanismer, karbonatiseringsangrepp och klorindangrepp (se bilaga 9). Dessa angreppsmekanismer uppkommer framförallt i aggressiva miljöer, men kan förebyggas genom lämplig betongsammansättning och ett korrekt utförande och därmed uppnå en lång livslängd. Korrosion har framförallt två negativa effekter på armering. Den första innebär att armerings- tvärsnittsarea reduceras och konstruktionens bärförmåga minskar. Den andra innebär påverkan när korrosion uppstår på armeringen, som leder till att korrosionsprodukterna behöver större utrymme än den ursprungliga stålarmeringen. Detta leder i sin tur till att betong- konstruktionerna måste frigöra den energi som uppstår i betongen (Ahlström, 2014).

4.3 Korrosionsangrepp på kantbalkar

Kantbalkar på broar har som syfte att överföra lasten från anordningar till andra delar av en brokonstruktion och leda av dagvatten från körbanan. Kantbalkar finns i två grundläggande typer och detta arbete fokuserar på integrerade kantbalkar. En integrerad kantbalk är en del av broplattan som tar upp lasten och överför den till underdelen av konstruktionen. Kantbalkar på vägbroar är extra utsatta för klorider från vägsalt (se bilaga 12), vilket kan påskynda armeringskorrosionen. Detta gör att betongen kan spricka och det kan uppstå behov av reparationsåtgärder eller behov av att byta ut kantbalken (Maglica, 2019).

(19)

Figur 10 Den röda pilen pekar mot den del som kallas för integrerad kantbalk (Rapporten optimala kantbalkssystem)

4.4 Kloridangrepp

På 1970-talet användes klorid för att påskynda betongens härdningsprocess men detta görs inte längre då det i naturen finns små halter av klorid och därmed även små halter i betong (Maglica, 2019). Klorider som förekommer i betong har ingen negativ påverkan på betongskvaliteten eftersom de är bundna till cementpastan och inte kan frigöras i betongens porvatten. Klorider förekommer fritt i naturen och det förekommer i olika varianter i havsvatten och klorerat vatten och vägsalt. Dessa olika varianter gör att det kan uppstå korrosion. Kloriderna verkar som ett påskyndande medel som genom konvektion på ytan tar sig genom betongen. När klorider har trängt sig in i betongen fortsätter inträngningen och det uppstår ytlig och invändig korrosion. Processen fortsätter tills hela armeringen bryts ned och tills armeringen tappar sin bärförmåga (Burström, 2007).

Vid en viss halt av klorid, som kan bestämmas genom mätning av pH-värdet, kan det uppstå korrosion i betongen. När det uppstår ett pH-värde på under 9,5 minskar risken för att det ska uppstå korrosion på armeringen. Kloridangrepp på armeringen är en av de vanligaste nedbrytningsmekanismerna som uppstår i Sverige. Kloridangrepp leder till att den alkaliska miljön som skyddar armeringen utsätts för förändring. Denna förändring i miljön skapar förutsättningar för korrosion på armering. Denna process redovisas i figuren nedan (Burström, 2007).

(20)

4.5 Karbonatiseringsangrepp

Karbonatiseringsangrepp är vanligt på brokonstruktioner som leder till armeringskorrosion men oftast broarna inte dimensionerade för att hantera karbonatiseringsangrepp. Eftersom betongbroar är byggda av betong som har hög kvalité med låg vct som ligger under ca 0,55. Karbonatisering är en process som drabbas alla betongbroar eftersom de exponeras för koldioxid som kommer främst från trafiken. Koldioxid tar in sig genom betongen och sedan reagerar med hydroxyljonerna, denna process leder till att pH-värden sänks hos betongen. Korrosion uppstår på armering då när pH-värden tillräckligt lågt. Armering börjar korrodera så fort koldioxid har träffat armeringsstålet och leder att armering tappar sin bärförmåga, detta leder förkortad livslängd (Burström, 2007). Denna process redovisas i figuren nedan.

Figur 12 En illustration över korrosionsangrepp p.g.a. karbonatiseringsangrepp (Burström, 2007)

4.6 Sprickbildning

Livslängden på en betongkonstruktion påverkas av många faktorer, en faktor som påverkar livslängden stort är sprickbildning. Sprickor kan uppstå på betongkonstruktioner av olika skäl. Processen som uppstår bakom sprickbildning ska beskrivas här kort: Sprickor kan uppstå under tillstyvnande och när betongen håller på få en fast form. Sprickor kan uppstå på grund av töjningar i betongen och detta kan leda till olika mekanismer, en av dessa mekanismer är att uppstå rörelser i betongen och leder till utvidgning. Det finns en gräns till hur mycket betongkonstruktioner klarar av töjning. Det är viktigt att ta hänsyn till att det inte uppstå för stora sprickor på betongkonstruktion eftersom sprickor påverkar livslängden på konstruktion (Peterson, 1994).

(21)

4.7 Frostangrepp

Det finns två olika frostangrepp. Den första är frysning uppstår på grund av vatten innehåller en viss mängd salt eller innehåller andra föroreningar, kallas fenomenet för saltfrostangrepp. Denna process ske på ytan av betong. Den andra frostangreppen uppstår med rent vatten utanför betongkonstruktionen, fenomenet kallas för frostangrepp. Frost tar sig in i betongen och oftast är ytan på betong opåverkad. Nedbrytningshastigheten för frostangrepp är relativ långsam och de skador som uppstår på betong leder till sprickor, vilket i sin tur leder att konstruktionsarmering exponeras för den omgivande miljön och utvecklar korrosion. Detta leder till att nedbrytningshastigheten för betongkonstruktionen accelererar betydligt som är viktigt och bör tas hänsyn till (Fagerlund, 2011).

Betongmassa utgörs normalt av en porositet som ligger ungefär mellan 12-20 %. Den största delen av porositet består av gelporer och kapillärporer. När betongmassan exponeras för fuktig miljö eller det regnar, absorberas detta och det leder till att porerna fylls med vatten. Om temperaturen i omgivningen sjunker snabbt innan vattnet hunnit lämna porerna kan vattnet frysa i porerna. De påfrestningar som kan uppkomma av detta, kan leda till att betong spricker och i värsta fall spjälka upp betongen så att armeringen kan exponeras för omgivningen. Havsvatten innehåller salt som är aggressiv mot konstruktioner. Brokonstruktioner som exponeras för fuktiga miljöer är extra utsatta, till exempel broar vid havet. Betongkonstruktioner som inte innehåller luftinblandning är mer utsatta för frostskador. Hur mycket temperaturen sjunker under fryscykeln spelar också roll. Det är större risk för frostskador vid en lägre temperatur. Betongkonstruktioner som är dimensionerade för att ha en god beständighet vid minus tio grader kanske inte klarar vid minus 15 grader. De frostskador som uppstår på grund av saltfrostangrepp kan identifieras enkelt genom de avflagningar som kan uppkomma på betongkonstruktion. Detta leder till att betongen kan få en ojämn yta. Där uppstår stora skador på brokonstruktioner som kan leda till att stora betongbitar lossnar och armeringen i brokonstruktioner kan exponeras för omgivningsmiljö (Fagerlund, 2011).

Ytangrepp, som är allvarliga, beror oftast på saltangrepp. Skador som uppstår på brons konstruktionsdelar leder till att vatten tränger sig in i konstruktionen och stannar kvar under en längre tid. Broar som exponeras för havsvatten är extra utsatta. Frostskador som uppkommer på konstruktionen är oftast ytliga eftersom fukthalten är högst vid ytan, men det kan ibland uppstår även fuktskador inne i konstruktionen. Vid uppkomst av ytskador är det svårt att upptäcka invändiga skador. När det uppstår enbart invändiga frostskador på betongkonstruktionen, går de sammanhängande sprickorna oftast åt olika håll. En konstruktion som exponeras för havsvatten är mer utsatt för sådana skador, eftersom konstruktionen absorberar vatten kapillärt. Dessa skador kan uppstå även på betong som har stor vattenabsorptionsförmåga, där vatten kan frysas i den porösa ballasten och leda till frostskador (Fagerlund, 2011).

(22)

4.8 Skador på tätskikt

Det finns många olika orsaker till att en armering i en betongkonstruktion drabbas av nedbrytning som under lång tid kan leda till försämrad hållfasthet. Nedbrytningsprocessen kan sättas igång genom att skyddsbetongen fryser sönder och detta kan leda till att beläggningen sönderdelar sig, vilket kan resultera i att tätskikten och betongen i konstruktionen skadas. Enligt Hassanzadeh (2014) är orsakerna till dessa skador projekteringsfel, byggnadsfel, funktionspåverkan, olyckshändelser, miljöpåverkan och underhållsfel. De skador som förekommer mest i Sverige på brobaneplattor är frostangrepp, kemiska angrepp och armeringskorrosion. För att minska skador på betongkonstruktioner används betong som är tät i vissa utsatta delar av brobaneplattan. Betongkonstruktioner kan ta skada av vägsalt och om klorider tränger sig in i underliggande konstruktioner kan det leda till frostsprängning eller så kan korrosion uppstå på armeringen (Hassanzadeh, 2014).

Figur 15 Illustration av skador på brobaneplattan (BaTMan, 2019).

4.9 Skador på broar

Andelen av betongbroar på 1970-talet som var äldre än 30 år var ca 25% och den andelen som var äldre än 20 år var ca 40%. Vid den tiden började betongbroar uppvisa skador. Dessa skador var framförallt frostskador på kantbalkar. Kantbalkars skador orsakades av att användningen av tösalt ökade i Sverige i början av 1970-talet. Detta ledde till att även skador på brobaneplattor på brokonstruktioner uppstod. Dessa skador var huvudsakligen korrosionsangrepp på grund av klorider och slutligen sprack betongen med resultatet att volymen hos armeringsjärnen ökade (Hassanzadeh, 2014).

4.10 Betongkonstruktioner

De flesta skadetyper som uppkommer på betongkonstruktioner kan bero på att det finns kunskapsbrister hos konstruktörer och byggherren gällande beständighet, vilket kan leda till att en betong väljs som har låg kvalité. En annan faktor som är viktig och påverkar beständigheten är att det saknades provningsmetoder på 1970-talet, till exempel för frostbeständighet. Det fanns en övertro på betongens beständighet under 1970-talet och det förväntades att betongkonstruktioner kunde stå under en obegränsad tid. Övertron på betong ledde till att skador på betongkonstruktioner började uppstå efter bara 10-20 år, vilket ledde till omfattande reparationer (Hassanzadeh, 2014).

(23)

Med tiden förbättrades kunskapen gällande reparationer på betongkonstruktioner, vilket ledde till att på 1980-talet gjordes bättre analyser av betongreparationer. Resultatet av dessa analyser påvisade att betong med hög kvalitét är lämpligt för reparationer och att nya provningsmetoder kan appliceras. Vid reparationer på 1970-talet användes inte dessa kunskaper och metoder. Under denna tid valdes troligen metoder som baserades på känsla och inte på analys (Hassanzadeh, 2014).

(24)

5 Skador på Ölandsbron

5.1 Brons kostnader

Den kostnad som beräknades för byggnationen av Ölandsbron uppgick till ca 80 miljoner kronor, vilket med dagens penningvärde motsvarar 700 miljoner kronor. Tio år efter att bron invigdes upptäcktes omfattande armeringskorrosion i lågbropelare och erosion i vattenlinjen hos pelare, vilket krävde omfattande reparationer på brons pelare och det kostade ca 750 miljoner kronor med dagens penningvärde (Maglica, 2019).

5.2 Ölandsbron

Analyser som gjordes på 1980-talet på Ölandsbrons skador visade att den avgörande faktorn var att de normer och praxis som tillämpades under planeringen och byggandet av bron inte uppfyllde den kvalitét som skulle uppfyllas gällande hållbarhet. Vid den tiden var ambitionen att bron skulle byggas till lägsta möjliga kostnad och det togs inte hänsyn till livscykelkostnaderna som skulle komma senare på grund av låg kvalité på materialet. Detta ledde, i kombination med arbetets tvingande takt, till att en bro med otillräcklig hållbarhet byggdes. Användningen av betong med låg kvalité resulterade i omfattande korrosionsskador på brons pelare i lågnivå-delen. En annan anledning var underskattning av det bräckta vattnet i Kalmarsund som innehåller 0,4 procent klorid, vilket påverkade dimensioneringskraven på täckande betongskiktet på konstruktionen som till exempel exponeringsklass. Täckskikt på brons pelare kunde inte skydda bryggorna från inträngning av kloridjoner som ledde till att det uppstod korrosion på armeringen (Bolin m.fl. 1997).

De krav som ställdes av BABS (Byggnadsstyrelsens anvisningar till byggnadsstadgan) på 1960- talet var inte konkreta gällande vilken kvalité som skulle tillämpas i denna typ av marin miljö. Betong som valdes hade den lägsta kvalitén som användes för lågnivå-pelare. Betongens specifikationer var en tryckhållfasthet på 30 MPa mätt på 150 millimeter kuber, med ett minimum cementinnehåll på 270 kg/𝑚" och en tjocklek på täckskikten på 30 millimeter. En annan faktor som påverkar betongens hållfasthet är vct (vatten-cement-tal), vilket var för högt på 1960-talet. Enligt den ursprungliga specifikationen skulle vct vara ca 0,6 i betongen, men studier som gjordes på bygghandlingar visade att vct i själva verket var på 0,7 (Bolin m.fl. 1997).

Det gjordes en undersökning på 1980-talet som pekade på att användning av sandstens- och kalkstensaggregat, som var tillgängliga lokalt, var olämpliga. Dessa aggregat absorberade kloridjoner avsatta av havsvatten och jonerna samlades och ackumulerades i pelarna. Detta ledde till att mängden kloridjoner ökade med 0,1% av cementvikten (Bolin m.fl. 1997).

Pelarnas yttre delar, alltså ytterskalen/täckskikt på pelarna, sprack under den ursprungliga hydratationsfasen. Vid denna fas gjordes inga kylåtgärder eller någon annan typ av åtgärd för att sänka temperaturen i betongens byggdelar för att hindra den höga värmen som uppstod av hydratationsprocessen, vilket berodde på användningen av cement som hårdnade relativt snabbt. Ett annat felsteg som begicks var att betongformen öppnades för tidigt vilket ledde till att betongytorna kyldes för snabbt som resulterade till en ökad sprickbildning på konstruktionen (Bolin m.fl. 1997).

(25)

På 1970-talet gjordes en heltäckande kartläggning av CBI på uppdrag av Vägverket för att bedöma skadornas omfattning. Undersökningen behandlade pelarnas innehåll och mängd av klorider samt hållfastheten på pelarna. Vid undersökningen upptäcktes uppkomsten av s.k. ”sprickarmering” i pelarytorna. Detta kunde upptäckas genom att det uppstod missfärgning och avskalning av ytan. Täckskikten på brons pelare hade så låg hållfasthet att de kunde spjälkas av genom lätta slag. Det upptäcktes inga skador på grund av frost eller korrosion på kantbalkar och brobaneplattor. Vid denna undersökning gjordes även en potentialkartering för att granska om någon armeringskorrosionsprocess var igång. Under undersökningen upptäcktes korrosionsangrepp även på de pelarna som låg långt under vattenytan. En annan undersökning gjordes av Cementa som genomfördes mätningar av pelarnas frostbeständighet genom frysprovning. Resultatet av frysprovningen visade att pelarna på bron hade låg frostbeständighet. Detta hade sin grund i att det användes betong som innehöll porös grov naturballast, som ursprungligen kom från Öland (Hassanzadeh, 2014).

Användning av bräck vatten ledde till låg hållfasthet på bron. Detta signalerar att det är en betongkonstruktion med låg kvalité och för höga varierande vattencementtal, med bristfällig komprimering, med låg lufthalt, med olämplig ballast och med små täckskikt (Hassanzadeh, 2014). De enda konstruktionsdelar som har rätt luftinblandning som ligger mellan 3,5 % och 4,5 % är kantbalkar, brobaneplattan och bropelare som ligger en meter över vattenytan. Alla andra delar av brokonstruktionen saknar luftinblandning (Hassanzadeh, 2014).

(26)

6 Reparationsmetoder och reparationsmaterial

6.1 Val av reparationsåtgärd

En skada som uppstår på en betongkonstruktion kan orsakas av mekanisk överpåverkan eller bero på miljöpåverkan. Skadeomfattningen bör undersökas genom att göra mätningar på betongkonstruktionen. Genom att utföra beräkningar kan den resterande bärförmågan bedömas. Det bör göras en bedömning av nedbrytningsförloppet och en bedömning om det finns behov av omedelbara reparationer. I annat fall kan kanske reparationerna skjutas upp och kontinuerliga kontroller göras i stället. Om konstruktionen anses behöva genomgå en reparation finns det ofta ett stort antal reparationsprinciper, antingen metodbaserat eller materialbaserat. Olika metoder leder till olika säkerhet, vilket i sin tur leder till olika förutsättningar för den fortsatta skadeutvecklingen. Detta kan påverka den förväntade livslängden på konstruktionen (Hassanzadeh, 2014).

Det är svårt att välja vilken reparationsmetod som är lämpligast och detta kräver stor eftertanke och erfarenhet. En metod som kan vara dyr att tillämpa är till exempel att en kantbalk byts ut helt eller delvis istället för att reparera kantbalken. Detta kan bli mer kostsamt jämfört med att reparera kantbalken genom katodiskt skydd. Längre fram i sammanställningen diskuteras ytterligare sådana aspekter. Det finns risk att den metod som är enkel och innebär lägst kostnad väljs. Innan reparationsmetoden ska tillämpas bör man reflektera över om denna reparationsmetod kan leda till nya problem till följd av reparationen (Hassanzadeh, 2014). Hassanzadeh (2014) menar att ”Dessa allmänna, rätt logiska, principer har sällan tillämpats”. Detta avser både för 40 år sedan precis som i dag. Konsekvenserna av reparationer bedöms ofta inte korrekt när det gäller konstruktionernas fortsättning. Funktion och livslängd vid val av reparations- och materialprincip är exempel på detta. Det saknas till stor del kunskap om samverkan mellan den gamla reparerade konstruktionen och reparationsmaterialet. En annan viktig faktor är att alla reparationer inte beror på att det har uppstått skador på en brokonstruktion, eftersom med tiden förbättras och utvecklas olika fordon och detta leder till en ökad kapacitet vid transport av laster som ställer större krav på bärförmågan hos broar (Hassanzadeh, 2014) (se bilaga 7 och 8). Figuren nedan redovisar de ingående process inför en reparationsåtgärd.

(27)

6.2 Beskrivning av reparationsmetoder

Broar förväntas ha en lång livslängd, det vill säga minst 100 år. Detta innebär att broar behöver kontinuerliga inspektioner och underhåll för att förlänga livslängden. Reparationer av broar kräver olika metoder med tanke på broarnas komplexitet. Metoderna kan vara nya och det kan saknas tidigare erfarenheter eller dokumentation av utförandet, men det finns också välbeprövade metoder. Den främsta anledningen till reparationer på broar är korrosion och om korrosion inte stoppas kan det leda till allvarliga konsekvenser (Fagerlund, 2011). European Standard ger ut ett antal lämpliga reparationsmetoder som är anpassade för varje skadeorsak, skadetyp och skadeomfattning. Metoderna vilar på en analys och när en reparationsmetod ska väljas, kan den europeiska standarden användas (EN 1504).

För att komma fram till vilken skadeorsak, skadetyp och skadeomfattning som bron har drabbats av undersöks brokonstruktionen. Genom att bestämma vilka funktionskrav som ställs på brokonstruktioner utifrån regelverk tas en lämplig reparationsmetod fram. De krav som ställs på brokonstruktioner varierar. Vissa kan vara tvingande krav som till exempel samhällets krav på bärförmåga och säkerhet. Andra krav, som kan påverka livslängden och kostnader för underhåll, är fria och ägaren kan själv bestämma dessa. Reparationsmetoderna kan sedan väljas utifrån dessa krav. Vilken reparationsmetod som ska tillämpas avgörs av vilken skadetyp som har uppstått på brokonstruktionen (Bygginnovation, 2010).

Det finns inte en specifik reparationsåtgärd som kan anges. Varje skada på en betongkonstruktion kräver ofta en speciell metod för att åtgärdas. Metodvalen ska utgå från vilket funktionskrav som ställs på betongkonstruktionen, till exempel exponeringsklass och bärförmåga. De generella metoderna är att undersöka skadan och därefter försöka kartlägga orsaken till skadan. Utifrån dessa förutsättningar väljs en reparationsmetod. En reparationsmetod kan vara att avlägsna den skadade betongkonstruktionen, rengöra den skadade delen och ersätta den med ny betong. Ibland kan skadan vara omfattande som i Ölandsbrons fall, vilket gjorde att det byggdes ett helt nytt skal på den befintliga pelaren. Den metod som används för att reparera kantbalkar är att antingen byta ut den skadade kantbalken i vissa fall eller använda katodiskt skydd (som har förklarats i ovanliggande avsnitt 6.2.4). Det finns hjälpmedel som till exempel Betonghandboken, litteratur och BaTMan för att kunna välja en lämplig metod. I vissa fall är det entreprenören som väljer metod (Bygginnovation, 2010).

6.2.1 Förebyggande åtgärd

6.2.2 Lågt vattencementtal

Klorider tränger sig in i brokonstruktioner genom kapillärsugning. Kapillärsugning är en process då den torra broytan/betongytan exponeras för kloridlösning/saltvatten. Processen för kapillärsugning kan beskrivas genom att det uppstår en tryckskillnad. För att förhindra uppkomsten av kloridinträngning genom kapillärsugning kan betong användas som har lågt vct (lågt vattencementtal) och som har en lång uttorkningstid. Betong med lång uttorkningstid har egenskapen att fuktvariationer hålls på ytskikten med några millimeter inträngning. Det finns inget fast värde för en kloridtröskel och korrosionsprocessen påverkas av en rad faktorer som till exempel i vilken miljö brokonstruktionen uppförts i. Det ungefärliga värdet ligger mellan 1-2 % Cl av cementvikt och villkoren är för att armering ska befinna sig i en relativ konstant fuktigmiljö. Kloridtröskelvärdet kan påverkas av hur tjockt täckskikt betongkonstruktion har och en miljö som varierar mellan fuktig och torr sänker kloridtröskelvärdena till 0,l–0,3 % Cl av cementvikten (Lambert m.fl. 1991; Tuutti, 1991; Pettersson, 1992).

(28)

6.2.3 Ett tjockt täckskikt

En anledning till att ha ett tjockt täckskikt är för att skydda armeringen. Täckskiktens tjocklek påverkar betongens area, eftersom tjockare täckskikt leder till större betongarea. Detta leder till att det uppstår mindre spänning vid konstant last och kan även förebygga korrosionsangrepp. Risken för sprickbildning minskar med ett tjockare täckskikt och även vid en given kraft och detta leder till att sprickbildning uppstår med större avstånd. Armeringens storlek är beroende av betongkonstruktionens storlek. Då armeringen är stor kan den ta stor area då den har begränsad omfattning kan många armeringsjärn behövas. Vid användning av stora armeringsjärn blir vidhäftning lägre som används för en bestämd längd. Detta medför att den spänning som ska tas upp av betongen blir lägre för att armeringsjärnen är för stora. Detta gör att armeringsarean är konstant vilket leder till att stora täckskikt och kraftiga armeringsjärn används och det leder till stora sprickor (Mårtensson, 2000).

Figur 18 Illustration av otillräckligt betongtäckskikt (Bygg&Teknik, 2018)

6.2.4 Katodiskt skydd

En reparationsmetod som används för att sakta ner korrosionsprocessen är att använda katodisk skydd. Katodisk skydd skapar en strömkrets som avlägsnar det anodiska området och det leder till att hela armeringen blir katodisk. Detta leder till att de ursprungliga korrosionsströmmarna stoppas. Skydden kan skapas genom att montera ett anodsystem på betongen eller i betongen. Den skyddande strömmen kan skapas i form av en likströmskälla eller genom offeranoder. Riktningen på strömmen medför att negativa joner, generellt kloridjoner, flyttar från stålytan mot den nya anoden (Vägverket, 2008).

För att förhindra armeringskorrosion både över och under vattenytan används katodisk skydd. För armering som ligger ovan vatten är problemet att åstadkomma en jämn fördelning av den skyddande strömmen, eftersom armeringen ligger under ett betonglager med ett relativt högt elektriskt motstånd. För nya konstruktioner som befinner sig i mycket aggressiva miljöer kan ett katodiskt skydd vara erforderligt redan från början (Vägverket, 2008., Silfwerbrant och Sundquist, 2001). Galvaniskt katodiskt skydd och elektrolytiskt katodisktskydd skiljer sig från varandra. Det kan förekomma en blandning av de två metoderna. För att förhindra korrosion används kloridutdrivning av betong och metoden är ganska lik elektrolytiskt katodiskt skydd (Silfwerbrant & Sundquist, 2001).

(29)

6.2.5 Rostfri armering

Det finns olika sorters stål. När stål exponeras för luft kan den börja korrodera och detta gäller även rostfritt stål. Stål används för att tillverka armeringsjärn. Den vanligaste armeringen produceras av svart stål som har en lägre legering än kolstål. Svart stål har en kolhalt som ligger ungefär på 0,2 %. För att förbättra armeringens skydd mot korrosion används legeringsämnen som nickel, krom och molybden. För att kunna framställa rostfritt stål behöver stålet innehålla minst 10,5 % krom och högst 1,2 % kol (Steel Building System, 2011). Det finns fyra olika kategorier som rostfritt stål kan delas in i och dessa kategorier är ferritisk, martensitisk, austenitisk och duplex. För att framställa ett korrosionsskyddat stål behövs legeringsämnena krom, nickel och molybden. Enligt BE Group (2012) har nedbrytning på grund av korrosion ökat kraftigt och en orsak är användning av svart stål som är inte skyddad mot korrosion. Rostfri armering kan användas för att förebygga korrosionsangrepp, men det är kostsamt att använda rostfri armering, vilket gör att en övervägning bör göras om det är en lönsam lösning vid olika byggprojekt (Hassanzadeh, 2014).

(30)

7 Sammanställning av resultat från andra studier

7.1 Bygga nytt betongskal

Omfattande skador som uppstod på brons pelare krävde reparationsåtgärder, vilket på 1980- talet ledde till att en lämplig reparationsmetod skulle tas fram. Detta resulterade i tre olika reparationsmetoder och en av dessa tre metoder valdes ut. Den första metoden innebar att lappa ihop skadorna med någon typ av reparationsmaterial som kallades för ”lappning”. Den andra metoden innebär att kärnborra vertikalt ned till bottenplattan och därefter montera spännkablar i hålen. Sedan pumpas betong in i hålen. På detta sätt ersätts de korroderande bärande vertikala armeringsjärnen med nya armeringsjärn. Den tredje metoden, som tillämpades på bron, innebär att bygga ett helt nytt betongskal som har förmåga att ta all last. Det nya betongskalet har förmågan att motstå all kraft från konstruktionen, även inre delen av pelare som faller sönder (Hassanzadeh, 2014).

Den tredje metoden tillämpades för att reparera bropelarna. För det nya betongskalet valdes en betong med vct 0,40 som utvecklades under frysprovning för bron. För det nya betongskalet valdes anläggningscement. Arbetet var igång under perioden 1990 till 1995 och 105 pelare renoverades. Reparationerna genomfördes till stor del under vattenytan i särskilda ”fångdammar” för att kunna torrlägga brons pelare. Ett nytt skal runt de gamla pelarna på 400 millimeter gjöts som skulle ersätta de gamla täckskikten på pelarna. Vid tillverkning av det nya skalet användes en specialcement från Degerhamn. Betongen har en mycket hög kvalitét och kan förhindra uppkomsten av sprickbildning i den färdiga betongen. Vid gjutningen togs hänsyn till kvalitetshöjande föreskrifter för betongens vibrering och olika tillsatsmedel. Arbetet genomfördes från plattformar som hängde under brofarbanan. Brons livslängd beräknades vid reparationen 1995 att vara ytterligare 75 år (Vägverket, 2008).

De felsteg som begicks vid Ölandsbrons byggnation, ledde till lärdomar om hur betongens härdningsprocess fungerar. Detta bidrog till att hänsyn togs till att det fanns en risk för temperatursprickbildning vid byggnationen av de nya skalen. De nya skalen separerades från den befintliga betongen genom ett mjukt lager av material. Den befintliga betongen stod under vattenytan vilket medförde en lägre temperatur på pelarna. Detta kunde sänka betongens inre temperatur snabbt vid gjutning och kunde leda till sprickbildning. Temperaturskillnaden upptäcktes genom mätningar och beräkningar (Hassanzadeh, 2014).

(31)

7.2 Reparationers påverkan på Ölandsbrons livslängd

Reparationer leder till att armeringskorrosion och andra nedbrytningsmekanismer förhindras att bryta ned brokonstruktioner. Detta resulterar i att livslängden på bron kan förlängas. Reparationer minimerar inträngning av klorider i brokonstruktionen. I detta arbete undersöks Ölandsbrons reparationer och hur dessa reparationer har påverkat brons livslängd. Av den orsaken är det viktigt att veta hur och varför reparationerna genomförts på brokonstruktionen. Reparationer är viktiga för att säkerställa brons funktioner. Vid upptäckt av skador i samband med besiktning analyseras först skadeorsaken. En analys om skadans storlek ska genomföras för att få en helhetsbild av skadans omfattning. För att kunna göra en lämplig reparation är det viktigt att ha god kunskap om vilka nedbrytningsfaktorer som påverkar bronskonstruktioner. Kunskapen behövs för att fastställa om en reparation är erforderlig eller om det kan väntas med reparationsåtgärder (Hassanzadeh, 2014).

De skador som oftast uppkommer är armeringskorrosion och frostskador. Det finns samband mellan fukttillstånd och skador som uppstår på bronskonstruktion (Vägverket, 2008). Det är viktigt att ha vetskap om betongens fuktegenskaper och den fuktmekaniska samverkan mellan det valda reparationsmaterialet och den tidigare konstruktionen. Förr i tiden var kunskapen kring reparationer på brokonstruktioner begränsad och i fortsättning under utveckling. I Sverige började motorvägarna byggas på 1950-talet och det tog tid för skador att uppstå på konstruktioner (Thunstedt, 2014). Brokonstruktionerna var alltså nybyggda så det fanns inte särskilt mycket erfarenhet av reparationer. Under 1950-talet användes inte tösaltning, vilket gjorde att de skador som uppkommer på brokonstruktioner på grund av klorider inte var vanliga vid den tiden. De skador som uppkommer på Ölandsbron är främst skador på kantbalkar. Dessa skador åtgärdas genom att katodiskt skydd används för att skydda kantbalkar som behöver ständiga reparationer. Katodiskt skydd är en permanent reparation och skyddet förväntas ha en livslängd på cirka 25 år. För att skydda kantbalkar mot armeringskorrosion används katodiskt skydd på Ölandsbron (Maglica, 2019). Detta görs genom påtryckt ström, som förklarades mer ingående i avsnittet 6.5.4.

Asfalten på brobaneplatan underhålls för att det inte ska uppstå skada på brons tätskikt. Tätskikten förhindrar att klorider och vätska tar sig genom betongkonstruktioner och skadar armeringen. För att förbygga inträngning av klorider i betong används även betong med hög

vct. Dessa reparationer kan säkerställa brons funktioner och kan även förlänga brons livslängd

(Maglica, 2019).

7.3 Kunskap om reparationerna på Ölandsbron

Enligt Maglica (2019) kunskapen från byggandet av Ölandsbrons reparationer har lett förändringar i regelverket. Detta förändringar var en mängd saker som har förbättras som till exempel öka krav på täckande betongskikt och krav kopplat till beständighetskrav och hållbarhet. Detta har lett till ett ökat krav på brokonstruktioner. Detta kan ses i kravdokument, nu satsas mer på projektering och utförandet än gjordes förr i tiden. Nu ställts högre krav på brons livslängd vid byggnation och efter bron kommer in i bruk. Tidigt på 1940-talet till 1950-talet ställdes inte särskilda krav på beständigheten i jämförelse med idag från myndigheten. Vid den tid ansågs att betong var ett beständigt material. Idag så finns det bättre förståelse och kunskap kring betong som material och har tillkommit krav gällande beständighet (Maglica, 2019).

(32)

7.4 Sammanfattning av sammanställande resultat från andra studier

Efter den stora reparationsåtgärd som gjordes på Ölandsbron 1990 till 1995 är bron i relativt bra skick. Det äldre regelverket ställde mindre stränga krav på brons beständighet, som till exempel vct, lufthalt eller täckande betongskikt. En viktig faktor till det goda skicket på Ölandsbrons pelare kan också vara det nya skalets betong som har förbättrat motståndet till korrosionsangrepp och förbättrat bärförmågan (Bolin m.fl. 1997).

Utifrån denna rapport kan sägas att armeringskorrosion utan tvekan är den vanligaste skadan som förekommer på brons konstruktionsdelar och den främsta orsaken till reparationsåtgärder. Gällande kantbalkar på Ölandsbron är dessa utsatta för vägsalt som leder till att klorider tränger sig genom betong och skadar armeringen. Frostskador är svåra att bedöma och det kan inte med säkerhet uteslutas vilken omfattning och påverkan dessa skador har på bron, vilket gör det svårt att dra en slutsats (Bolin m.fl. 1997).

Genom att använda sig av en betong som har god kvalité och tillräckligt stora täckande betongskikt kan det vara en bra lösning för kommande broar som kommer bli utsatta för aggressiva miljöer och vägsalt. De viktiga faktorerna för en bra betong är att den ska ha rätt sammansättning och tillräckligt stort täckande betongskikt. Vid beaktning av dessa faktorer kan många skador förhindras eller åtminstone fördröjas. För att uppnå en god beständighet krävs det inte enbart att ha en betong med god kvalitét. En annan faktor som är lika viktig som kvalitén för en betong är att ha en väl genomtänkt utformning. Dessutom är ett korrekt arbetssätt viktigt för att annars kan betong få dålig kvalité oavsett hur bra kvalité betongen har (Bolin m.fl. 1997). En del av skadorna som uppstod på Ölandsbrons pelare, som krävde reparationsåtgärder, visade sig bero på felaktigt utförande till exempel under betonggjutningen för pelare. Slutsatser kan dras utifrån denna undersökning har kommit fram till att betongen inte härdades på ett korrekt sätt. Dessutom blandades vatten som innehöll klorider, vilket ledde till att det uppstod för stora spänningar i betongen. Slutligen ledde detta till sprickbildning som påskyndade korrosionsprocessen hos betongens armering. Ett annat problem som kan uppstå i samband med gjutning är att betongskikt inte har tillräckligt stort täckande betongskikt på de utsatta delarna av bron, som till exempel kantbalkarna. Detta leder till att vägsalt i form av klorider tränger sig genom betongytan intill armeringen och korrosionsskador uppstår (Bolin m.fl. 1997).

7.4.1 Skador på kantbalkar och reparationsåtgärder

De vanligaste skadorna som förekommer på Ölandsbron är skador på brons kantbalkar. Förutom de omfattande reparationer som gjordes på brons pelare, är det kantbalkarna som behöver kontinuerliga reparationer. Reparationer som görs på kantbalkar är i bästa fall att tillsätta katodiskt skydd och i värsta fall behövs kantbalken bytas ut på grund av skador vilket kan leda till att kantbalken korroderar sönder. Kantbalkar är de konstruktionsdelar som är mest utsatta för klorider och detta gör att slutsatsen kan dras att kloridinitierad korrosion kan leda till skador. Det kan finnas andra orsaker till att en kantbalk behöver bytas ut, till exempel bristande beständighet som kan bero på betongens kvalitét (Hassanzadeh, 2014).

7.4.2 Ölandsbrons pelare

De omfattande raparationsåtgärder som gjordes på bron skapade förutsättningar för bron att behålla beständighet och funktion. De skador som uppstod på brons pelare orsakades av ett antal faktorer. Brons pelare var och är utsatta för klorider och detta tillsammans med icke tillräckligt täckskikt ledde till att det uppstod omfattande korrosion på pelarna. En annan faktor

Figure

Figur 1 Byggnadsmaterial uppdelat utifrån olika material på broar från 1950-1990 (Statens vägverk, u.å.)
Figur 2 Antal broar i Sverige från 1901-1905 (BaTMan, 2019)
Figur 4 Ölandsbron den delen som ligger mot ön (Statens vägverk, u.å.)
Figur 6 Ölandsbron mittersta sektion (Statens vägverk, u.å.)
+7

References

Related documents

Utifrån det ovannämnda kan det konstateras att mobbning i arbetslivet inte är särskilt ovanligt och kan medföra mycket negativa konsekvenser för en utsatt arbetstagare i form

Betydelsen av att alla känner sig som självklara medlemmar i teamet framkom samt att det finns en gemensam vårdfilosofi i vårdteamet är också viktigt för vårdteamets

Alla laster är beräknade i brottgränstillstånd för samtliga pelare och för att få ett mer rättvist resultat delas pelarna in i två grupper: Pelare utsatta för tryck, 14

Man använde hela kroppen, […] man stod upp till och med och det var också bra (informant 2). I utbildningen med simuleringsövningar får bibliotekarierna träna på situationer

”Steg för steg mot ett samhälle för alla”, om att utkastet till Vård- politiskt program skall utgöra underlag för fortsatta ideologiska diskussioner i hälso-

Mitt i allt elände är det staden som Mojan drömmer om: ”En gång skulle hon bli fri, en gång skulle hon äntligen lämna allt bakom sig och ge sig av till staden — en gång

Institutionerna var vik- tiga, men de förklarar inte det speciella med just England och Holland, eftersom andra länder hade lika gott skydd för äganderätten utan att

Endast på villkor att byggnadens arkitektoniska och konstnärliga gestaltning bibehålls oförändrad, bör man planera eller tillåta åtgärder för att anpassa byggnaden till