Blåsbildning på betongbroar med isoleringssystem av polymerbitumenmatta : problem, orsak och åtgärder

VTI notat 49-1999

Blâsbildning på betongbroar

med isoleringssystem av

polymerbitumenmatta

Problem, orsak och åtgärder

Författare

Ylva Edwards och Pereric Westergren

FoU-enhet

Väg- och banteknik

Projektnummer

60414

Projektnamn

Isoleringsmattor - Blåsbildning

Uppdragsgivare

Vägverket

Distribution

Fri

_{Väg- och}

transport-farskningsinstitutet

Förord

Projektet har utförts på uppdrag av Vägverket, avdelning Bro och Tunnel. Det dokumenterade arbetet har utförts inom projekt Isoleringsmattor - Blåsbildning under perioden 1996-1999 och utgör slutrapport för projektet.

Syftet med projektet har varit att minska eller eliminera risken för blåsbildning vid isolering med isoleringsmatta på betongbroar. Litteraturstudier, laboratorie-provning, fältstudier och uppföljning av inrapporterade broar med blåsbildnings-problem har ingått.

Projektet har drivits i samverkan med branschen i Norden. Specialist-seminarium och referensgruppsmöten har genomförts. Följande personer har ingått i den aktuella referensgruppen:

Börje Andersson Icopal Anders Bergman Binab

Torbjörn Byrnäs Stockholm Konsult Mats Dahlgren Skanska Syd Ylva Edwards VTI

Niclas Hällevall Mataki Kyösti Laukkanen VTT, Finland Ulf Nilsson DAB Domiflex Thomas Persson Trebolit

Henrik Sjöholm Farstaverken Pereric Westergren Vägverket

Laboratorieanalyserna vid VTI och en del fältarbete har utförts av Åsa Nilsson, Robert Karlsson och Jane Salomonsson.

Projektledare vid Vägverket har varit Pereric Westergren och projektledare vid VTI Ylva Edwards.

Linköping december 1999, Ylva Edwards

Innehållsförteckning

Sammanfattning

Summary

1

Orientering

2

Europeiska erfarenheter

2.1

Storbritannien

2.2.1 Rekommendation vid reparationer av bulor och blåsor

i broisolering enligt de danska vägreglerna

2.2.2

Nya regler för typgodkännande av primersystem för

bitumenbaserad isolering till brofarbanor

2.3

Tyskland

2.4 Finland

2.5

Sverige

2.5.1 VV/VTI samarbetsprojekt 2.5.2 Examensarbete vid KTH

2.5.3

SBUF-projekt med Skanska ooh CBI

3

Laboratoriestudie

3.1

Material

3.2

Provningsmetodik

3.3 Fuktmätning och applicering av provplattor

3.4

Vidhäftningsresultat

3.5.1 Bitumenprimer och isoleringsmatta

3.5.2

Epoxiprimer ooh isoleringsmatta

3.5.3 Annan provning med epoxiprimer

4

Fältstudie - bro T 915

4.1 Material

4.2 Provläggningsresultat och uppföljningar

4.3

Kommentarer

5

Fältstudie - bro A 97

5.1 Resultat och kommentarer

6

Inrapportering av blåsbildningsproblem

6.1 När, var och Varför uppstår blåsbildningsproblem?

6.2

Borrkärnor från bro Y 1168 över Törnaån, Ullånger

6.2.1

Provning och bedömning

6.3

Brobeläggningsskador på E4 mellan Ödeshög och Mjölby

6.3.1

Provning och bedömning

VTI notat 49-1999 Sida

11

12

12

13

16

16

17

18

18

19

20

20

25

26

26

29

30

31

31

32

33

33

33

33

7

Blåsbildningsproblem i tunnlar och tråg

7.1

Fukttransport i betong

7.1.1

Beräkning av en bottenplattas förmåga att motstå vattentryck

7.1.2

Tysk studie om fukttransport i betong

7.2

Utförande och erfarenheter från andra länder

7.2.1 Danmark

7.2.2

Tyskland

7.3

Åkersbergatunneln

7.4

Häggvikstunneln

8

Diskussion och slutsatser

Referenser

Büagor

Bilaga 1

Resultat TRL

Bilaga 2 COCO Moisture Meter

Bilaga 3 Laboratoriestudie - Vidhäftningsresultat

Bilaga 4 Fältstudie - Vidhäftningsresultat 1999-05 och skisser

Bilaga 5 Fältstudie - Uppföljning 1999-06 och 1999-10

Bilaga 6 Bro T 915 - lnrapporterade uppgifter

Bilaga 7 Bro Y 1168 - Vidhäftningsresultat

Bilaga 8 BRO 94, 9 Förteckning, Bilaga 9-16

39

39

39

41

42

42

42

43

44

44

46

Sammanfattning

Projektet syftar till att minska eller eliminera risken för blåsbildning vid isolering med polymerbitumenmatta, och består av följande tre huvuddelar:

0 Laboratoriestudie 0 Fältstudie

0 Inrapportering av broar med blåsbildningsproblem i Sverige

I projektet ingår även litteraturstudier och uppföljning av pågående forskning inom samma område i Övriga Europa, speciellt inom de nordiska grannländerna. Detta har realiserats genom kontakter med motsvarande forskningsinstitut och vägverksenheter bl.a. vid möten i referensgruppen. (Se avsnitt 2).

Enligt undersökningar utförda i bl.a. Storbritannien, Danmark och Finland är vidhäftningen mellan isolering och betong relativt oberoende av fukthalten i betongen. Vid speciella omständigheter uppstår blåsbildning lättare för normalt uttorkad betong (2-4 veckor) än för kraftigt uttorkad eller så gott som fuktmättad betong.

Med epoxiförsegling kan ett fullständigt tätt skikt mellan betong och isolering åstadkommas. Blåsbildning kan därmed undvikas. I Danmark godtas numera primer/primersystem med epoxi, under vissa specificerade förhållanden. I Finland rekommenderas idag försegling med epoxi som säkraste sättet att undvika blås-bildning. I Tyskland används sedan länge olika epoxialternativ för primer-behandling och/eller försegling av betongbroar. (Bitumenlösning ingår inte längre som primeralternativ i den tyska normen.) Nackdelar med epoxi, jämfört med bitumenlösning, anses främst vara den större kostnaden samt väderberoendet. Speciella säkerhetsföreskrifter gäller dessutom för produktens hantering.

Andra sätt för att förhindra eventuell blåsbildning anses vara:

0 Fördelaktigt öppet porsystem i betongen samt fördelaktigt fuktinnehåll i betongen nära isoleringen.

0 Temperaturkontroll och -reducering vid och i anslutning till appliceringen av isoleringsmatta samt kortast möjliga tid mellan isolering och utläggning av resterade beläggningsskikt på isoleringen. Övertäckning vid behov. 0 Bättre samarbete mellan huvudentreprenör, beställare och underentreprenör

vad gäller olika arbetsmoment samt kvalitetskontroll av arbete och material.

Laboratoriestudien (avsnitt 3) har utförts med en typ av polymerbitumen-matta i kombination med två olika typer av primerprodukt (polymerbitumen-lösning och epoxi i ett skikt). Ãldringscykler vid tre olika temperaturer har ingått för betongplattor med fyra olika fukthalter.

Blåsbildning har uppstått i betydligt mindre omfattning för isoleringssystemet med epoxiprimer och matta än för systemet med bitumenlösning och matta.

Fältstudien på bro T 915 (avsnitt 4) har utförts med en typ av polymer-bitumenmatta, i kombination med två olika typer av primerprodukt (polymer-bitumenlösning och epoxiförsegling). För en del av bron utfördes isoleringsarbetet

efter normal härdningstid (3 veckor) och för den andra delen efter kortare tid

(1 vecka). Två uppföljningar har ingått.

Blåsbildning har inledningsvis inte uppstått på bron, oberoende av nedan listade omständigheter:

0 Om isoleringen applicerats 1 vecka eller 3 veckor efter betongfarbanans gjutning.

0 Om bitumenlösning eller epoxiförsegling använts.

0 Om isoleringen täckts över eller ej innan asfaltmastixen lagts ut på svetsbitumenmattan (tiden mellan isoleringsmatta och asfaltmastix är cirka

3,5 månader).

Blåsbildning uppstod dock vid en del av de lagningar som utförts efter vidhäftningsprovningen på isoleringsmatta samt i skarv på bronfarbanan som isolerats efter kortast härdningstid.

Inrapporteringen av blåsbildningsproblem (avsnitt 6) omfattar totalt nitton rapporteringar över mer eller mindre omfattande blåsbildning i samband med isolering med polymerbitumenmatta i kombination med bitumen- eller polymer-bitumenprimer.

Blåsbildning har enligt de olika rapporterna uppstått vid eller i anslutning till mattans applicering, efter mastixutläggningen, efter utläggning av beläggnings-lagret och/eller efter ytterligare tid. I vissa fall har blåsbildningen återkommit vid olika tidpunkter. Blåsor och skador har lokaliserats till olika delar av bron; längs

mattskarv, vid broände, i mitten av bron, 2-3 meter från kantbalk eller över hela

bron. Anledningar till varför blåsbildning och skador uppstått för de inrapporte-rade objekten är enligt rapportörernas och författarnas samlade mening följande (utan rangordning), samt kombinationer av dessa:

0 Brister vid utförandet (betongyta, primerbehandling, svetsning av matta) Varm väderlek under olika skeden av isolerings- och beläggningsarbetet Ingen övertäckning av isoleringen trots behov

Dålig timing mellan olika arbetsmoment (bättre samarbete mellan olika

aktörer krävs)

Ofördelaktig fuktfördelning i betongen Betongkvalitet

Det totala beläggningslagrets ringa tjocklek

Bristfällig lagning av matta och beläggning vid blåsbildning (ger fortsatt blåsbildning och skador)

För några av broarna har ingen eller nästan ingen blåsbildning inrapporterats. Epoxi har använts endast på Öresundsbron (196 000 m2), och blåsbildning har där uppstått endast i ringa omfattning.

Avslutningsvis konstateras i notatet att epoxi i ett eller två skikt (försegling) är ett ur teknisk synvinkel bra alternativ för primerbehandling av betong, med minskad risk för blåsbildning.

Summary

The project aims at reducing or eliminating the risk of blistering during waterproofing with polymer bituminous sheet, and consists of three main parts: 0 Laboratory study

0 Field study

0 Reporting of bridges with blistering problems in Sweden

The project also comprises literature studies and a follow-up of ongoing research in the same area in other parts of Europe, particularly in the Nordic countries. This has been achieved through contacts with corresponding research institutes and national road administration units on occasions such as meetings of the reference group (see Section 2).

According to investigations in Great Britain, Denmark and Finland, adhesion

between waterproofing and concrete is relatively independent of the moisture content in the concrete. Under special circumstances, blistering occurs more easily in normally dried concrete (2-4 weeks) than in rapidly dried or completely

moisture-saturated concrete.

Using epoxy sealing, a completely impervious layer can be obtained between concrete and waterproofing. Blistering can thereby be avoided. In Denmark, epoxy primers and primer systems are now approved under certain specified conditions. In Finland, epoxy sealing is now recommended as the safest way of avoiding blistering. In Germany, epoxy alternatives have long been used for primer treatment and/or sealing of concrete bridges. (Bituminous solution is no longer included as a primer alternative in the German standard). The main disadvantages of epoxy compared with bituminous solution are considered to be the higher cost and weather dependence.

Other ways of preventing blistering are considered to be:

0 An advantageous open pore system in the concrete and advantageous moisture content in the concrete close to the waterproofing.

0 Temperature control and reduction during and near the application of the waterproofing sheet and shortest possible time between waterproofing and application of remaining pavement layers on the waterproofing, with weather protection as necessary.

0 Better timing between prime contractor, client and subcontractor, in addition to quality control of work and material.

The laboratory study (Section 3) has been carried out with one type of polymer bituminous sheet in combination with two different types of primer product (polymer bituminous solution and epoxy in one layer). Ageing cycles at three different temperatures have been included for concrete slabs with four different moisture contents.

Blistering has occurred to a considerably lesser extent for the waterproofing system with epoxy primer and sheet than for the system with bituminous solution and sheet.

The field study of bridge T915 (Section 4) has been carried out with one type of polymer bituminous sheet in combination with two different types of primer product (polymer bituminous solution and epoxy sealing). For part of the bridge, waterproofing work was performed after normal curing time (three weeks) and for

the other part after a shorter time (one week). Two follow-up studies have been

included.

So far, no blistering has occurred on the bridge despite the following circumstances:

0 The waterproofing was applied either one week or three weeks after casting the concrete carriageway.

0 Both bitumen solution and epoxy sealing have been used.

0 The waterproofing was not always covered over before the mastic asphalt

was laid on the torch welded bituminous sheet (the time between the

waterproofing sheet and mastic asphalt is about 3.5 months).

However, for the bridge deck that was waterproofed after minimal curing time blistering did occur in part of the repairs performed after adhesion testing of the waterproofing sheet and in overlaps.

Reporting of blistering problems (Section 6) comprises a total of 19 reports of more or less extensive blistering in waterproofing with polymer bituminous sheet in combination with bituminous or polymer bituminous primer.

According to the various reports, blistering has occurred during or in connection with application of the sheet, after laying the mastic asphalt, after laying the pavement layers and/or after a further period of time. In certain cases, blistering has recurred after various periods. Blisters and related damage have

been localised to various parts of the bridge; along sheet overlaps, at the ends of

the bridge, at the centre of the bridge, 2-3 meters from an edge beam or over the entire bridge. According to the general views of the authors and reports, the causes of the blistering and damage in the reported objects are the following (not in any ranked order) as well as combinations of these:

0 Deficiencies in construction/application (concrete surface, primer treatment, torch welding of the sheet)

Hot weather during various phases of waterproofing and paving work 0 No covering of the waterproofing, even though this was needed

Poor timing between different tasks (better collaboration between different

actors is needed)

Disadvantageous moisture distribution in the concrete Concrete quality

Inadequate total thickness of the concrete layer

Deficient repair of the sheet and pavement after blistering (leading to further blistering and damage)

Finally, the Notat states that one or two layers of epoxy (sealing) is from a technical point of view a favourable alternative for reducing or eliminating the risk of blistering.

1

Orientering

I en brokonstruktion utsätts betongfarbanan för trafikens inverkan (olika belast-ningar, svängbelast-ningar, mekanisk påverkan m.m.), klimatets inverkan (Lex. stora temperaturvariationer) samt nedbrytningsprocesser under inverkan av vatten, vägsalt och luftföroreningar. Nedbrytningsprocesserna har mekanisk eller kemisk natur med betongskador och armeringskorrosion som följd. Här krävs en isolering som i första hand utgör ett skydd för betongen, mot vatten och vägsaltinträngning.

I Europa används isoleringssystem med gjutasfalt, asfaltmastix, bitumenmattor, samt material baserat på epoxi, polyuretan eller akrylat. Polymermodifierade bitumenmattor används i stor omfattning. Isoleringen appliceras i ett eller två skikt. Både SBS (styren-butadien-styren)-modifierade och APP (ataktiskt poly-propylen)-modifierade mattor förekommer.

Polymermodifierade bitumenmattor introducerades i Sverige med Bronorm 88. Sedan 1988 har omfattande laboratorieprovning utförts vid VTI för godtagande av isoleringsmattor enligt Bronorm 88, och därefter BRO 94. Samtliga av Vägverket godtagna mattor är högkvalitativa 5 mm tjocka SBS-modifierade bitumenmattor som svetsas i ett skikt mot underlaget.

Vid isolering med (polymer) bitumenmatta svetsas eller klistras mattan vanligtvis mot det primerbehandlade betongunderlaget. Isoleringens vidhäftning till underlaget är av stor betydelse för isoleringens funktion på bron. Styrkan och beständigheten hos vidhäftningen varierar med mattans kvalitet, betongens beskaffenhet, typ av primer samt med appliceringsarbetets kvalitet. Primern kan vara en bitumenlösning (med eller utan polymerinblandning) eller syntetisk produkt såsom epoxi eller akryl. Primern har en positiv effekt på vidhäftningen mellan isolering och betong. Den fungerar härvid i viss mån som fuktspärr samt har en dammbindande effekt.

Trots krav vad gäller produkternas kvalitet, underlag, appliceringsarbete och yttre omständigheter, uppstår ibland problem med blåsbildning mellan isolering och underlag, eller i isoleringen. Den huvudsakliga anledningen anses vara fukt. Innesluten luft, fukt eller lösningsmedel kan under olika omständigheter orsaka blåsbildning med mer eller mindre omfattande vidhäftningssläpp som följd. Detta har vid lokal mindre omfattning oftast ingen nämnvärd betydelse för isoleringens

funktion, men kan i andra fall leda till omfattande och bestående skador med bulor

och sprickor i beläggningen som följd. Stora temperaturvariationer, långvarig exponering av isoleringen (utan att skyddslager och beläggning kommer på) samt tunna beläggningslager kan bidra till att blåsbildning och skador uppstår.

Syftet med projektet har varit att minska eller eliminera risken för blåsbildning. Problemets lösning kan vara:

0 Primersystem med bättre fuktavvisande egenskaper.

0 Fuktkontroll på betongunderlaget i samband med utläggningsarbetet.

2

Europeiska erfarenheter

Isolering med polymerbitumenmatta utförs i stor omfattning i Europa. Bitumenlösning (med eller utan polymer och/eller vidhäftningsmedel) används

vanligen i länder som Österrike, Finland, Frankrike, Schweiz och Sverige. I

Tyskland används epoxiprimer i stor omfattning. I Danmark används mest primer av klorkautschuk eller akrylbaserad typ.

Problemet med blåsbildning har behandlats i ett flertal länder och samman-hang. Nedan beskrivs i korthet resultat och erfarenheter från några av dessa studier.

2.1 Storbritannien

Omfattande undersökningar utfördes vid TRL under 90-talet, för att kartlägga den inverkan fukten i betongen har på vidhäftningen hos en isolering. Projektet behandlar orsaker, detektering och förebyggande av fenomenet outgassing hos betongdäck (d.v.s. då luft och vattenånga frigörs från betongytan med blåsbild-ningseffekter i isoleringen som möjlig följd). Också fukthaltens betydelse för vidhäftningen och olika torkmetoders inverkan behandlas.

I undersökningen [Brocklesby och Bamforth 1995] konstateras bland annat att vidhäftningen hos ett isoleringssystem inledningsvis inte påverkas av betongens fuktighet (förutsatt yttorrhet). En utvärdering av metoder för att mäta fuktinnehållet på en betongyta ingår, liksom en utvärdering av förekommande metoder för yttorkning av betongbrodäck.

Vidhäftningens beroende av fukthalten i betongunderlaget studeras för ett antal isoleringssystem, och har för varje system befunnits vara relativt oberoende av fukthalten, också när betongen uppnått nästan fuktmättnadsgrad. Erhållna resultat och slutsatser avser vidhäftning som uppmätts inom tidsperioden 7 dagar efter appliceringens utförande. Sju isoleringssystem ingår i undersökningarna, varav tre med matta. Vidhäftningen efter 6 månader har även provats och utvärderats. I samtliga fall har vidhäftningen ökat efter 6 månader oberoende av fukthalt. I undersökningen konkluderas att endast fukthalten i betongens ytskikt har avgörande betydelse för vidhäftningen mellan isolering och betong. Om fukt-halten i betongytan i medeltal inte överstiger värdet 20, mätt med Protimeter

Mini (se nedan), menar man att fukthalten i betongen inte kommer att påverka

vidhäftningsresultatet nämnvärt. (Erhållna resultat från undersökningen framgår av bilaga 1.)

I utvärderingen av instrument och metoder för fuktmätning på betong ingår ett stort antal mer eller mindre komplicerade utrustningar. Två icke-förstörande metoder har godtagits och sedan använts vid utförda mätningar och vidhäftnings-studier i projektet.

Protimeter Mini (ett konduktivt resistivitetsinstrument) mäter fukten i ytskik-tet av betongen. Två metallstift pressas mot betongytan, det elektriska motståndet mellan metallstiften mäts och omvandlas till en fuktavläsning för betongen. En svårighet med instrumentet är att kontakten mellan stift och betong har stor inverkan på avläsningsresultatet.

COCO Moisture Meter (ett kapacitansinstrument) mäter fukten på ett djup ner till 4 cm i betongen). Betongens förmåga att leda växelström mäts. Denna varierar med fuktinnehållet. Utrustningen placeras på betongytan. God kontakt mellan utrustningens två metallplattor och betongen krävs. (En beskrivning av utrustningen finns i bilaga 2.)

2.2 Danmark

Vid Vejtekniskt Institut (VI) i Roskilde genomfördes under senare delen av 80-talet det sk. Klaebeprojekt [Worre och Whølk 1988, Nielsen och Blumensen 1988], varvid bl.a. laboratorieprovning av totalt 180 primersystem ingick. Undersökningen visar att syntetiska primerprodukter av typ klorkautschuk, akryl, epoxi och polyuretan ger bättre vidhäftning till betong än primer av bitumen-lösning. Primer av klorkautschuk eller akrylbaserad typ används som nämnts i Danmark.

Ytterligare undersökningar tillkom under 90-talet [Thøgersen 1996] med studier i laboratoriet av olika parametrars inverkan på blåsbildning. Primärt ingick betongplattor med isolering som värmts med värmelampa. Man fokuserade på betongens fukttillstånd vid isoleringens utförande. Försöken visar att mest blås-bildning uppstår för betong som varit uttorkad motsvarande den situation som normalt (cirka 2-4 veckor) föreligger vid isoleringsarbete på en betongbro i realiteten. Blåsbildningen reduceras enligt undersökningen under följande omständigheter:

0 Om betongen torkat ut under betydligt längre tid än normalt.

0 Om man istället för att torka ut betongen isolerat då betongen varit så gott som vattenmättad.

0 Om man täckt isoleringen med tex. vit plast, och om beläggningen lagts ut i nära anslutning till isoleringsarbetet.

0 Om man använt epoxiprimer.

Vid normalt uttorkad betong bildas vattenmättad luft i betongens övre skikt. Vid soluppvärmning utvidgas luften och blåsbildning uppstår. Vid betydligt mer uttorkad betong kan detta övertryck utjämnas nedåt i betongen. Om betongen är vattenmättad föreligger inga större luftvolymer i betongens övre skikt varför inte heller blåsbildning uppstår.

Speciellt under den mycket varma sommaren 1992 uppstod stora problem med blåsbildning på både nya och omisolerade betongbroar i Danmark (dock mest på nya broar). Datamaterial för 38 broisoleringsarbeten under 1992 och 1993 finns kartlagt. Ur dessa uppgifter har endast den slutsatsen kunnat dras att väder-förhållandena före och efter utläggningsarbetet haft avgörande betydelse, d.v.s. varmt och soligt väder har gynnat uppkomsten av blåsor. Det har i efterhand också konstaterats att blåsbildning inte uppstått där epoxiprimer använts istället för kunststofgrunder . (Epoxiprimer blev använt på Store Bzelt bron vilket medförde en fördyring på cirka 40 Dkr per m2 och en försening på 5-6 dygn innan isoleringsarbetet efter epoxibehandlingen (p.g.a. arbetsmiljöhänsyn) kunde fort-sätta. Problemet kan således troligtvis lösas tekniskt med epoxiprimer, menar man, men kan man undvika epoxiprimer finns mycket tid och pengar att spara.

Vid gjutning av betongbrodäck har man i Danmark utgått från torktiden 4 veckor (innan isoleringsarbetet inleds). I praktiken har det emellertid blivit snarare 2 veckor efter gjutning. För de 38 broarna enligt ovan varierade i praktiken torktiden mellan ett fåtal dagar och 50 veckor.

Isolering i Danmark utförs normalt med primer av klorkautschuk eller akryl. Då primern torkat påförs ett klisterbitumen och därefter isoleringen

(matta/mattor). Om isoleringsarbetet utförts i torrt och varmt väder har man

kunnat observera små blåsor under isoleringen. Dessa blåsor har ofta framträtt vid den första soluppvärmningen av isoleringen.

De mekanismer som ligger till grund för uppkomsten av blåsor är inte till fullo

kända, men det står klart att ökat tryck vid stigande temperatur i den Övre delen av

bet0ngens porsystem är en viktig faktor. Trycket stiger då instängd torr luft värms upp. Vid högre temperatur kan luften dessutom innehålla mer vattenånga från bet0ngens porsystem varvid också ångtrycket ökar. Om trycket ej kan jämnas ut nedåt i betongen, eller åt sidorna, pressas det uppåt och blåsbildning uppstår i

isoleringen på bron.

Följande parametrar förväntas, enligt det danska notatet, ha inflytelse på

blåsbildningen:

0 Material (betong, primer och isolering). Nyare betongtyper uppfattas ge

upphov till mer blåsbildning. De är tätare så att övertryck inte kan utjämnas

nedåt eller åt sidorna i betongen. Tät betong torkar långsammare. Tillsats-medel kan ändra porluftsammansättningen med ökat tryck som följd. Primern har avgörande betydelse för uppkomsten av förbindelser mellan matta och betongporsystem. Lösningsmedelsrester kan öka ångtrycket i blåsor. Isoleringens elasticitet och vidhäftningsstyrka är avgörande för hur blåsbildningen utvecklar sig. Elasticitetens och vidhäftningens styrka är beroende av temperaturen.

0 Tj ockleken på betongplatta, isolering och beläggningslager har betydelse. 0 Klimatet under bet0ngens härdning samt under och efter isoleringens

ut-förande har betydelse. Arbetets utut-förande har förstås avgörande betydelse. Följande regler ställs upp för att förhindra blåsbildning:

0 Fördelaktigt öppet porsystem i betongen, så att övertryck ej utvecklas som blåsbildning i isoleringen, utan kan utjämnas nedåt genom betongen.

Fördelaktigt fuktinnehåll och fuktfördelning i betongen nära isoleringen. 0 Isoleringsarbete skall inte utföras vid varma förhållanden med kraftigt

solsken. Overtäckning är nödvändigt om arbetet ändå måste utföras. 0 Effektiv försegling av betongytan med epoxiprimer.

Man refererar till en rad försök från litteraturen. Bla. nämns en undersökning som anger gränstemperaturen för blåsbildning till cirka 60°C (den temperatur vid vilket det inre blåstrycket är större än vidhäftningens styrka). Man menar i den refererade rapporten att enda sättet att undvika blåsbildning är att se till att temperaturen hålls nere för isoleringssystemet, eftersom det anses omöjligt att i praktiken få helt uttorkad betong.

I en annan rapport, som refereras till i det danska notatet, konstateras att god vidhäftning till synes hindrar blåsbildning eftersom uppkomna blåsor ej breder ut sig ytterligare.

Inom ett angivet franskt projekt har temperatur och tryck uppmätts med speciella sonder på isoleringen samt i blåsor under isoleringen. Atmosfärstryck och tryckskillnad mellan atmosfär och inre tryck i blåsorna har också uppmätts. Tre broar har ingått. Temperaturen inne i blåsan blir som mest 55°C, enligt den refererade studien. Medelvärdet ligger mellan 40 och 50°C under varma dagar. Temperaturen ovanpå isoleringen blir något lägre än i blåsan. Tryckskillnaden mellan atmosfär och trycket i blåsan är liten. Maximalt uppmätt övertryck under varma dagar uppgår till 3 kPa (0.003 MPa). Konklusionen är att inga stora övertryck uppträder inne i blåsor under reella förhållanden.

En enkel beräkningsmodell för blåsbildning redovisas i notatet, med hänvis-ning till ett omfattande tyskt beräkhänvis-ningsprojekt.

I de inledande danska försöken ingår många olika faktorer, såsom uppvärm-ning med värmelampa, kapillärsuguppvärm-ning och undersökuppvärm-ning av mekanismer som sätter igång blåsbildning för olika ytor. Slutsatserna är:

0 Det är möjligt att simulera blåsbildning och tillväxt av bulor på laboratoriet. Blåsbildning startar vid små defekter i gränsytan mellan primer och betong, och behöver inte speciellt åstadkommas i laboratoriet.

0 Det finns en gränstemperatur (cirka 45-500C ) under vilken blåsbildning ej uppstår.

0 Med kraftigt uttorkad betong erhålls snabbt omfattande blåsbildning. Med delvis uttorkad betong växer blåsorna fram successivt. Med fuktig betong sker ingen synlig blåsbildning (under försök med 12 cykler vid hög temperatur).

Fuktinnehållets betydelse för blåsbildningen studerades vid praktiskt inriktade försök. Både provkroppar och klimat valdes så att reella förhållanden efter-liknades. Ytterligare försök med värmestrålning ingick samt försök utomhus under en längre sommarperiod.

Femton provplattor (40x40x8) cm3 med vct 0.37 ingick. De täcktes med plast omedelbart efter gjutning och transporterades efterföljande dag till VI, där lagringarna startade direkt. En provplatta isolerades så tidigt som möjligt efter tillverkningen, dvs. 2 dygn (1 dygn utan täckning). Övriga plattor undersöktes efter olika torktider och påverkan (sidan 47 i det danska notatet). En platta hölls våt under 9 dygn, fram till isoleringstillfället. Konstant värmestrålning samt halva tjockleken på betongplattan fanns också med bland alternativen.

Fem av plattorna placerades ute istället för under cykler i laboratoriet. Blås-bildningen iakttogs och bedömdes (blåsindex 0-100). Vidhäftningsprovning utfördes vid vinkelrät provdragning. Vidhäftningsresultaten ligger mellan 0.1 och 0.9 MPa med stora variationer mellan enskilda värden. För vissa plattor kunde provningen inte utföras.

Följ ande sammanfattande regler för att undvika blåsbildning föreslås:

0 Reducera de temperaturer som det kritiska området (betongytan, primer och isolering) utsätts för. Lägg ut beläggningen så snabbt som möjligt efter isoleringsarbetets genomförande.

0 Fullständigt tätt mellan betong och isolering kan uppnås med epoxiprimer. 0 Vatteninnehållet i betongens översta skikt skall vara så högt att det inte kan

uppstå någon förbindelse mellan primerdefekter (såsom lösningsmedels-rester, innesluten luft eller bristfällig täckning av primern) och ett större sammanhängande luftporsystem i betongen.

Under senare tid har blåsbildningsproblemen minskat i Danmark, vilket antas bero på att isoleringen (med konventionellt primersystem) numera täcks över (med vit duk) i större omfattning än tidigare samt ökad användning av epoxi-primer. Man menar idag i Danmark att isoleringen kan appliceras på nygjuten betongfarbana betydligt tidigare (än efter 2-3 veckor). Slutsatsen grundar sig på utförda studier enligt ovan nämnda rapport. Betongen är idag tätare, och regeln (om 2-3 veckor) kan ha kommit att bli till nackdel för isoleringssystemet vad gäller blåsbildning. Regeln kommer att ändras. [Thøgersen 1999].

2.2.1 Rekommendation vid reparationer av bulor och blåsor i

bro-isolering enligt de danska vägreglerna

I Danmark finns två godkända typer av isoleringssystem för betongbroar. Dessa är Type II (oxiderade bitumenmattor) och Type IV (med tre olika varianter). Mest använda är Type II och Type IVa (polymermodifierade bitumenmattor). För båda systemen används som tidigare nämnts normalt syntetisk primer ( kunststof°) av klorkautschuk eller akrylbaserad typ. Problem med blåsbildning uppstår vid vissa förhållanden (2.2) med båda typerna av system.

Som en följd av bl.a. ovan nämnda danska undersökningar har FTU ( For-tolkning och vidareudvikling af udbuds- & anlaegsforskrifter for betonbroeril) tagit fram ett förslag till regler för reparation av bulor och blåsor i broisoleringar [Rosenberg 1998]. I artikeln konstateras att föreslagna reparationsmetoder kan användas tills man funnit arbetsmetoder som eliminerar uppkomsten av blåsor i isoleringen vid användandet av de idag godkända fuktisoleringssystemen med primerprodukter av kunststof . Man bör emellertid i största möjliga omfattning reducera risken för blåsbildning genom övertäckning av isoleringen i direkt

anslutning till utfört isoleringsarbete, skriver författaren, och slår avslutningsvis

fast att en godkänd epoxiprimer, applicerad i två lager (min. 800 g/mz), väsentligt reducerar risken för uppkomst av blåsor och bulor i isoleringen.

2.2.2 Nya regler för typgodkännande av primersystem för

bitumen-baserad isolering till brofarbanor

Användningen av epoxiförsegling på danska broar har således ökat, och 1998 etablerades en typgodkännandeprocedur också för denna typ av primersystem [Rosenberg 1999]. Det är idag möjligt att få följande primer/primersystem typ-godkända i Danmark:

0 lösningsmedelsburen primerprodukt, 0 epoxiprimer som läggs i ett skikt,

0 epoxiförsegling, d.v.s. epoxiprimer som läggs i två skikt.

Vissa yttre faktorer måste ligga till grund för valet av primer eller primer-system. Sådana faktorer är årstid för isoleringsarbetets utförande, betongytans beskaffenhet, arbetsmiljöhänsyn och ekonomi. Epoxiförsegling rekommenderas om ett eller flera av nedan nämnda förhållanden gäller:

0 En mindre justering av betongytan krävs.

0 Broisoleringsarbetet skall utföras under en särskilt varm period.

0 Förseglingen skall ligga oskyddad upp till cirka 1/2 år innan själva isoleringen kommer på.

0 Om det inte finns typgodkända material som är mindre miljöfarliga (33 enligt dansk MAL-kod).

Epoxiprimer i ett skikt kan bli aktuellt under ovan nämnda första och sista förhållanden.

Annan primer (med lösningsmedel) rekommenderas om:

0 Isoleringsarbetet skall utföras under en period då det finns risk för att temperaturen blir mindre än 8-10°C under ett dygn.

0 Isoleringsarbetet skall utföras under en period då det normalt finns stor risk för nederbörd.

0 Isoleringsarbetet skall utföras under kortast möjliga tid.

I de danska reglerna för typgodkännande av primer eller primersystem avses, med benämningen kunststoffä akryl- och klorkautschukbaserade, produkter upplösta i lösningsmedel samt lösningsmedelsfria epoxiprimerprodukter.

Vid primerbehandling med epoxi (ett skikt) appliceras normalt 300-500g/m2. Vid försegling appliceras ytterligare 400-500 g/mz.

Provningsprogram och kravspecifikationer beskrivs i den danska rapporten [Rosenberg 1999].

2.3

Tyskland

Undersökningar utfördes också i Tyskland på 80-talet. Avsikten var att utröna vilken typ av isolering som fungerat bäst i Tyskland. En studie, som utfördes vid BASt (Bundesanstalt für StraBenwesen) i mitten av 80-talet, omfattar totalt 99 betongbroar (5-10 år gamla isoleringar). Kloridhalten i betongen bestämdes bl.a.

Resultaten för asfaltmastixisoleringar (löst liggande) var som väntat ned-slående, med höga kloridhalter i betongfarbanan.

För broar med isoleringsmatta konstateras att i stort ingen kloridinträngning

skett. För 2/3 av proven (från 21 broar) konstateras emellertid blåsbildning på

undersidan av bitumenmattor som svetsats mot bitumenprimer.

Samtidigt observerades problemet med blåsbildning också inom ett forsknings-projekt vid BAM (Bundesanstalt füe Materialprüfung). Anledningar till att blås-bildning uppstått anses enligt undersökningarna (vid både BAM och BASt) vara lösningsmedelsrester i bitumenprimern samt fukt i betongen.

Sex av de99 broarna i först nämnda undersökning hade primerbehandlats med epoxi, på vilken matta sedan svetsats mot en bitumenprimer. Här hade ingen nämnvärd blåsbildning uppstått. Vidhäftningen var betydligt bättre än med enbart bitumenprimer och matta. (Det bör emellertid nämnas att det i många fall rör sig om icke polymermodifierade mattor med aluminiumskyddsfolie (på ovansidan) samt att gjutasfalt läggs ut på mattan vid 250°C).

Som en följd av ovan nämnda undersökningar infördes sedan primerbehandling med epoxi vid isolering av betongbroar med bitumenmatta i den nya tyska standarden ZTV-BEL B. Förbehandling med bitumenlösning togs bort beroende på risk för blåsbildning till följd av eventuellt kvarvarande lösningsmedel.

Omfattande krav ställs på epoxiprimern i Tyskland:

0 Viskositeten skall vara sådan att epoxin lätt kan penetrera ner i betongen. 0 Potlife skall vara anpassad också för varma sommardagar.

0 Härdningstiden skall vara sådan att epoxin fungerar också ner till +12°C (Anm: För svenska förhållanden är motsvarande något lägre temperatur

önskvärt).

0 Produkten skall vara lösningsmedelsfri.

0 Vattenabsorptionen skall vara minimal i härdat tillstånd.

0 Produkten skall ha förmåga att motstå den termiska chock som uppstår då mattan svetsas mot densamma. Epoxin måste därför innehålla mjukgörare som inte härdar under det normala härdningsförloppet. För hög halt kan emellertid lösa upp bitumenet i mattan och orsaka blåsbildning.

Man anser således i Tyskland att blåsbildning helt kan undvikas med epoxi-behandling av betongen. Man har endast goda erfarenheter av epoxiprodukter, men saknar erfarenheter av andra typer av hartser. För polyuretanprimerprodukter finns risk för förtvålning med tiden på grund av den alkaliska miljön, menar man.

Ingen avflagning (vidhäftningsförlust och/eller förlust av produkt) har konstaterats för epoxiprimer under inverkan av t.ex. låga temperaturer. (Temperaturer mellan -28°C och 40°C förekommer i Tyskland.)

Nackdelar med epoxiprimer är den större kostnaden jämfört med bitumen-lösning samt väderberoendet. Ofta måste äventält användas vid appliceringen.

2.4

Finland

Under 90-talet ökade uppkomsten av blåsbildning avsevärt för isoleringssystem med bitumenmatta på finska betongbroar. En avgörande orsak kunde härledas till att man frångått användningen av skyddsbetong samt infört betong med luftpor-bildare.

På begäran från finska Vägverket utfördes en undersökning av VTT (Vation Teknillisen Tutkimuskeskuksen) under perioden 1996-1998. Avsikten var att klarlägga orsakerna till problem med blåsbildning på finska broar samt att ta fram underlag för modifiering av aktuella dokument och föreskrifter i brokonstruk-tions- och reparationssammanhang.

I rapporten [Laukkanen 1998] beskrivs bl.a. de finska broisoleringssystemen samt blåsbildningsproblem som uppstått på finska broar. Nationella och inter-nationella undersökningar i ämnet analyseras och resultatet av ett antal studier presenteras. (Rapporten är på finska, men Abstract och Conclusions finns på engelska.)

Slutsatserna vad gäller anledningar till blåsbildning överensstämmer med vad som tidigare refererats till i detta kapitel; såsom betongens kvalitet, stora variationer i ångtryck i betongen strax under isoleringen, vädersituationen samt utförandekvalitet.

Försegling av betongytan med epoxi rekommenderas som säkraste sättet att undgå blåsbildning. Väderskydd rekommenderas starkt för finska förhållanden. Lufthalten hos betongen i brodäcket får inte ligga mer än 3 %-enheter över de finska kraven (på 7%) och makrostrukturen inte överstiga 1.5 mm. Isoleringen skall vidare inte appliceras på våt yta. Nya metoder och utrustningar för fuktmätning i betongbroar efterlyses. Daggpunkten och underlagets temperatur skall mätas före och under isoleringsarbetets gång, menar man i den finska studien.

Risken för blåsbildning reduceras genom att hålla temperaturen så låg som möjligt under arbetets gång. Olika sätt att åstadkomma detta är att använda matta med skyddande granulat på ovansidan, att applicera mattan i svalt klimat (nattetid) samt att täcka över isoleringen (med vit duk) i väntan på resterande belägg-ningslager.

Samarbete mellan huvudentreprenör, beställare och underentreprenör som utför

isoleringsarbetet rekommenderas liksom kvalitetskontroll av arbete och material. Fortsatt utvecklingsarbete beträffande temperatur- och fuktmätning på broar, instrument för fuktmätning, appliceringsmetodik och materialutveckling rekom-menderas avslutningsvis i den finska rapporten.

2.5

Sverige

Enligt BRO 94 kan isoleringen på en betongbro utföras med asfaltmastix (med eller utan tillsats av polymer), isoleringsmatta, membranisolering eller med en kombination av asfaltmastix på isoleringsmatta. De båda systemen med matta

används bl.a. för de högsta kvalitetsklasserna för beläggningar på brobaneplattor av betong.

En del problem med blåsbildning har genom åren uppmärksammats för systemen med isoleringsmatta och primer av bitumenlösning. Exempel på detta är Obbolabron utanför Umeå 1989.

Anledningen till problemen med blåsbildning på Obbolabron ansågs enligt Vägverkets rapportering i huvudsak vara ojämn värmetillförsel vid svetsnings-förfarandet, otillräcklig rensning av betongytan före isolering samt felaktig lag-ning av betongen (med för tjocka lager av spackel). [Vägverket 1990].

Andra broar med blåsbildningsproblem är bron över Törnaån vid Ullånger 1993 samt på senare tid ett antal broar längs E4 mellan Jönköping och Mjölby.

(Se avsnitt 6.)

Ett antal mindre studier och undersökningar om blåsbildning har genomförts i Sverige under 90-talet. Nedan beskrivs i korthet tre sådana projekt.

2.5.1 VVNTI samarbetsprojekt

Blåsbildning i samband med vidhäftningsprovning på laboratoriet (enligt BRO 94) och anledningar till detta behandlades i en inledande studie [Colldin 1995]. Ett antal mindre laboratoriestudier som belyser problematiken redovisas.

Jämförelser görs bl.a. med dansk metodik, mot bakgrund av ett Dansk/Svenskt

samarbetsprojekt [Colldin och Wegan 1993]. Nedan beskrivs först kortfattat de båda nämnda provningsmetoderna.

Vidhäftningsprovning i laboratoriet enligt BRO 94 utförs som vinkelrät provdragning vid provningstemperatur 20°C och dragkraftsökning 200N/s. Dragkraften vid brott och typ av brott registreras. Provdragningen utförs på betongplattor av standardkvalitet som applicerats med primer och isoleringsmatta. Provytans diameter är 50 mm. Provplattan åldras före provdragningen. Åldringen omfattar åldringscykler (under totalt 39 dygn) med termisk chock, lagring i vägsaltlösning, termisk lagring samt frys-tö-cykler. (Se figur 2.)

Vidhäftningsprovning i laboratoriet enligt dansk metodik utförs som peelingtest för att bedöma vidhäftningen mellan betong, primer och isolering. Betongklotsar på 50 mm x 150 mm, som lagrats minst 14 dagar vid 22°C och 80 % relativ luftfuktighet, appliceras med primer och isoleringsmatta. Vidhäft-ningen bestäms genom att riva av mattan med rivhastigheten 100 mm/min vid rumstemperatur i en dragprovningsutrustning. Rivvinkeln varierar, eftersom betongklotsen är fastspänd, och isoleringsmattan rivs av lodrätt från mitten av provkroppen. Vidhäftningen bestäms 3-6 dagar efter appliceringen av matta samt på provkroppar som har lagrats 1-12 månader vid 100 % relativ luftfuktighet och olika temperatur. Enligt den danska metoden är det primern som provas. Samma typ av matta används vid alla provningar.

I notatet [Colldin 1995] konstateras beträffande vidhäftningsprovning enligt BRO 94:

0 Blåsbildning uppstår vid laboratorieprovning som regel i samband med åldringscykler, med mer eller mindre försämrad vidhäftning som följd. Huvudsakligen uppstår blåsbildning vid den termiska lagringen (70°C) i åldringscykeln, och kan sedan förvärras under den efterföljande frys-töperioden.

0 Provningsmetoden rangordnar vidhäftningsegenskaperna främst beroende på isoleringens förmåga att motstå värmepåverkan samt isoleringsmattans

inre vidhäftningsegenskaper. Isoleringens och primerns förmåga att motstå kraftig och långvarig fuktpåverkan framgår däremot ej av denna provning. Provning enligt dansk metodik rangordnar däremot med avseende på förmåga att motstå kraftig och långvarig fuktpåverkan.

0 Blåsbildningen påverkar laboratoriemetodens repeterbarhet och repro-ducerbarhet negativt. Ett antal tänkbara anledningar till att blåsbildning uppstår i samband med värmelagringsprocessen i laboratoriet har under-sökts. Blåsbildningsfrekvensen har härvid ej kunnat härledas till betong-underlagets beskaffenhet (innesluten fukt eller lösningsmedelsrester) eller appliceringens noggrannhet. Ej heller har en pålagd tyngd på denisolerade ytan medfört mindre blåsbildning över provplattan.

0 Med en sänkning av temperaturen, från 70°C till förslagsvis 60°C, vid värmelagring och frys-tö-cykler, kan eventuellt blåsbildningen minskas eller elimineras i laboratorieåldringsprocessen. Detta bör undersökas.

2.5.2 Examensarbete vid KTH

Inom ett examensarbete [Svahn och Johansson 1995] vid KTH under 1995

genomfördes fuktmätning och vidhäftningsprovning i samband med ett isolerings-arbete vid varierande förhållanden. Avsikten med examensisolerings-arbetet var att belysa byggfuktens betydelse för isoleringens vidhäftning på en betongbro. Slutsatsen blev att byggfukten vid tidpunkten för isolering inte haft någon betydelse för isoleringens vidhäftning.

De två instrument som användes vid fuktmätningarna motsvarar instrumenten

som valts ut i TRL-undersökningen (avsnitt 2.1).

2.5.3 SBUF-projekt med Skanska och CBI

En blåsbildningsundersökning utfördes av Skanska i samarbete med CBI under 1997/1998. Projektets syfte var att undersöka om blåsbildning i tunnlar beror på ökat ångtryck under isoleringsskiktet till följd av temperaturförändringar, som i sin tur påverkar fukt- och tryckrörelserna i betongen. I rapporten konstateras att enbart grundvattentryck och höga temperaturer troligen inte räcker för att skapa blåsbildning, utan att ytterligare någon faktor krävs för detta. Tänkbara faktorer är rörelser i konstruktionen och cykliska temperaturförändringar. Ytterligare studier för att finna belägg för teorin utfördes emellertid inte inom projektet.

Ängtrycksmätning under temperaturökning i gränsskiktet mellan matta och betong uppmättes för en fukt- och vattentryckbelastad (1.5 meter vattenpelare) konstruktion. Totalt registrerat tryck uppgick till 3.5 kPa vilket enligt slutsatserna i rapporten knappast kan räcka för att lyfta och deformera ett tjockt isolerings-system (med matta och beläggningslager). [Sjöholm 1998].

3

Laboratoriestudie

Laboratoriestudien har utförts med en typ av isoleringsmatta och två olika typer av primer (en bitumenprimer och en epoxiprimer). Åldringscykler vid tre olika temperaturer har ingått för betongplattor med fyra olika fukthalter. Nedan sammanfattas utförda undersökningar och erhållna resultat.

3.1 Material

Följ ande produkter och material ingår i studien:

0 Beta 6000 SA; polymermodifierad isoleringsmatta (godtagen enligt BRO 94). 0 Isoglasyr 11P;polymermodifierad bitumenprimer (godtagen enligt BRO 94 i

kombination med Beta 6000 SA). Enligt varuinformationsblad består

produkten av 30-40 % destillerad bitumen, 1-5 % polymer, 55-65 % xylen samt

tillsats av vidhäftningsmedel.

0 NM Betongförsegling 62E; lösningsmedelsfri förseglingsepoxi (godkänd enligt ZTV-BEL-B87 och TL/TP-BEL-EP (med avsandning 01-05 mm)). Enligt varuinformationsblad består produkten av diglycidyleter bisfenol A.

Härdaren består av 3,6-diazaoktan-1,8-diamin, isoforondiamin och

benzyl-alkohol.

0 Trädgårdsplatta enligt metod i BRO 94.

3.2 Provningsmetodik

Åldringscykler har utförts enligt BRO 94 (men utan lagring i vägsalt och frys-tö-cykler) vid 70°C, 60°C respektive 50°C. Eventuell blåsbildning har bedömts visuellt och registrerats för åldrade provplattor efter ett dygn samt därefter en gång i veckan under värmelagringens gång (totalt 21 dygn).

Provkroppar med åldring helt i överensstämmelse med BRO 94 (även vägsalt-lagring och frys-tö-cykler) har också ingått liksom vidhäftningsprovning utan åldringscykler av något slag.

Provdragning har utförts med dragprovningsutrustning enligt BRO 94 (figur 1). Ãldringscykler enligt BRO 94 framgår av figur 2.

:9

ÃLDRINGSSCHEMA

'

g

1

|

s//////54/ ///////;N

Frost_T6_

/ 5 \

'w

\ :av /

Figur 1 Vidháfming, BRO 94, Figur2 Åldringscykler, BRO 94.

3.3 Fuktmätning och applicering av provplattor

Betongprovplattor har förbehandlats så att fyra olika fukthalter, från uttorkad till fuktmättad betong, har erhållits. Se tabell 1.

Två typer av fuktmätare har använts. Dessa benämns COCO Moisture Meter

(COCO Meter) och Protimeter Mini (Protimeter). COCO Metern mäter fukten

på ett djup ner till 4 cm i betongen. Protimetern mäter fukten i ytskiktet av betongen. Angivna fukthalter i tabellen representerar yttorra betongprovplattor.

Primer och isolering har applicerats, och åldring av provplattor har genomförts. I samtliga fall har provplattan varit yttorr vid appliceringen.

Bitumenprimern har applicerats cirka 200 g/m2. Epoxiprimern har applicerats cirka 300 g/m2 och avsandats efter 30-60 minuter. Behandlingen med epoxiprimer utgör således inte en diffusionst'at försegling, där fukt inte förväntas kunna pene-trera, utan en grundering jämförbar med primern av bitumenlösning. Mattan har i samtliga fall svetsats på under efterföljande dag.

Tabell 1 Förbehandling av betongplattor samtfukthalt.

Betong- Förbehandling Fukthalt i betongen (°/o)

provplattans

tillstånd COCO Meter Protimeter

Uttorkad Lagring 5 veckor vid 50°C O.6-1.3 max 9.0

Normal Lagring i Iaboratoriemiljö 1.3-2.4 max 10.4

Halvtorr Lagring i vatten > 4 månader 2.6-3.6 max 10.3 + konditionering vid rumstemperatur

ca 3 veckor

Fuktmättad Lagring i vatten > 4 månader 3.3-4.5 max 15

Figur 3 COCO Moisture Meter (COCO Meter).

3.4 Vidhäftningsresultat

Vidhäftningsresultaten efter termisk lagring vid de tre aktuella temperaturerna har sammanfattats i tabell 2 nedan. Varje angivet resultat utgör medelvärdet för åtminstone tre provdragningar på en och samma provplatta. Brott har som regel uppstått i svetsbitumen.

För provplattor som inte utsatts för åldringscykler ligger Vidhäftningen på

0.7-0.8 N/mmz.

Samtliga erhållna resultat och observationer finns i bilaga 3.

Tabell 2 Vidhäftningsresultat efter värmelagring. Isoleringsmatta i kOmbina-tion med bitumenprimer respektive epoxiprimer på betongunderlag med olika fukthalt.

Betong-

Vidhäftning (N/mmz)

provplatta efter värmelagring

50°C 60°C 70°C Uttorkad Bitumenprimer 0.9 0.6-12 1.1 blåsbildning Epoxiprimer 0.9 0.9 0.8 Normal

Bitumenprimer 0.9 0.0-O.9 0.0-O.9

blåsbildning blåsbildning_ Epoxiprimer 0.9 0.9 1.0 Halvtorr Bitumenprimer 1.1 0.0 0.0-1.1 blåsbildning blåsbildning__ Epoxiprimer 1.0 0.9 0.9 Fuktmättad Bitumenprimer 1.0 0.0-O.9 0.0-1.0 blåsbildning blåsbildning_

Epoxiprimer 0.8 O.8-1.1 0.0-O.8

blåsbildning blåsbildning_

3.4.1 Uttorkad betong

Med bitumenprimer ligger vidhäftningen på 0.9 och 1.1 N/mm2 efter värme-lagring vid 50°C respektive 70°C. Ingen blåsbildning uppstår. Efter värmevärme-lagring vid 60°C har däremot viss blåsbildning uppstått, och vidhäftningen varierar mellan 0.6 och 1.1 N/mm2. Vid omprovning i sist nämnda fall har emellertid ingen blåsbildning uppstått och vidhäftningen har registrerats till 1.2 N/mmZ.

Med epoxiprimer ligger vidhäftningen efter värmelagring på 08-09 N/mm2 för de olika temperaturerna. Ingen blåsbildning har uppstått.

3.4.2 Normal betong

Med bitumenprimer uppstår ingen blåsbildning efter värmelagringen vid 50°C, men däremot både vid 60°C och vid 70°C. I båda sist nämnda fall ligger Vidhäftningen på 00-09 N/mmz.

Med epoxiprimer uppstår ingen blåsbildning. Vidhäftningen uppgår till mellan 09 och 1.0 N/mm2 för lagrade provkroppar.

3.4.2.1 Normal betong efter åldringscykler enligt BRO 94

Med bitumenprimer och åldringscykler enligt BRO 94 uppstår blåsbildning (redan efter 1 dygn). Vidhäftningen variera mellan 0.3 och 1.1 N/mmz.

Med epoxiprimer och samma åldringsprocess uppstår däremot ingen blåsbildning. Vidhäftningen ligger på 0.8 N/mm2 efter genomförda cykler. (Nämnda resultat framgår ej av tabellen ovan men finns i bilaga 3.)

3.4.3 Halvtorr betong

Med bitumenprimer uppstår ingen blåsbildning under lagring vid 50°C, men däremot både vid 60°C och vid 70°C (efter 1 dygns lagringstid i båda fallen). Vidhäftningen ligger mellan 00 och 1.1 N/mmz. I fallet med lagring vid 60°C har blåsbildning uppstått över hela provplattan och ingen Vidhäftningsprovning har varit meningsfull att utföra.

Med epoxiprimer uppstår ingen blåsbildning. Vidhäftningen varierar i medel-tal mellan 0.9 och 1.0 N/mmz.

3.4.4 Fuktmättad betong

Med bitumenprimer uppstår ingen blåsbildning under lagring vid 50°C, men däremot både vid 60°C och vid 70°C (efter 3 respektive 1 veckas lagringstid).

Vidhäftningen ligger mellan 0.0 och 1.0 N/mmz.

Med epoxiprimer uppstår (i en första provningsomgång) ingen blåsbildning under lagring vid 50°C respektive 60°C. Däremot uppstår blåsbildning vid 70°C, och Vidhäftningen ligger då på00-07 N/mmz. Vid omprovning (både vid 600 och vid 70°C) uppstår emellertid blåsbildning i båda fallen. I först nämnda fall (60°C) ligger vidhäftningsresultaten mellan 0.8 och 1.1 N/mmz, och blåsbildningen har uppstått först i slutskedet av värmelagringen. Vid omprovning efter lagring vid 70°C uppstår blåsbildning efter cirka en vecka, och vidhäftningsresultatet är lågt

(0.0-0.8 N/mmz).

3.5 Kommentar

Följande generella slutsatser angående blåsbildning kan dras för de system och åldringscykler som ingått i studien:

0 Ingen blåsbildning uppstår under åldringscykler som innefattar värmelagring vid 50°C, oberoende av primer och fukthalt i betongen.

0 Blåsbildning uppstår i betydligt mindre omfattning för isoleringssystem med epoxiprimer än för motsvarande system med bitumenprimer.

0 Fuktmättad betong ger inte mindre blåsbildning än betong med lägre fukthalt.

3.5.1 Bitumenprimer och isoleringsmatta

För isoleringssystem med bitumenprimer Isoglasyr llP och isoleringsmatta Beta 6000 SA uppstår blåsbildning i följ ande fall på laboratoriet:

på uttorkad betong och lagring vid 60°C (något tveksamt) på halvtorr betong och lagring vid 60°C respektive 70°C på fuktmättad betong och lagring vid 60°C respektive 70°C vid åldringscykler enligt BRO 94

För Övriga lagringsalternativ har ingen blåsbildning uppstått.

3.5.2 Epoxiprimer och isoleringsmatta

För isoleringssystem med epoxiprimer NM Betongförsegling 62 E och isolerings-matta Beta 6000 SA uppstår blåsbildning i följ ande fall på laboratoriet:

0 på fuktmättad betong och lagring vid 60°C (tveksamt) respektive 70°C.

För Övriga lagringsalternativ (inkluderat åldringscykler enligt BRO 94) har ingen blåsbildning uppstått.

3.5.3 Annan provning med epoxiprimer

Nämnas kan att laboratorieprovning med åldringscykler i enlighet med BRO 94 utförts som provningsuppdrag vid VTI också med annan typ av epoxiprimer (ingår inte i projektet). Vid dessa provningar uppstod blåsbildning under värme-lagringen (vid 70°C). I det aktuella fallet uppstod emellertid brott i betong-underlaget vid provdragning på åldrade provplattor. Erhållna resultat låg på cirka 10 N/mmz. Brott i betongen uppstår normalt först vid betydligt högre krafter vid denna typ av provning. Orsaken kan vara krympningseffekter och/eller annan förändring hos epoxiprimern till följd av åldringscyklerna (då temperaturen

varierar mellan -15°C och +70°C).

Epoxibehandlingen utfördes i två skikt (försegling) å cirka 400 g/m2 med avsandning mellan skikten.

Åldringscykler med varierande temperatur ingår upplysningsvis varken i danskt eller tyskt provningsprogram för godkännande av epoxiprimer till betong-broar.

4

Fältstudie - bro T 915

Provläggningen på bro T 915 (med två körfält) vid Örebro utfördes sommaren 1999. Bron isolerades med svetsbitumenmatta.

För den ena farbanan (körfältet) utfördes isoleringsarbetet efter normal

härdningstid för betongen (3 veckor), och för den andra farbanan efter kortare tid (1 vecka). Betongen blästrades och fukthalten uppmättes med COCO Meter före isoleringsarbetets start.

Mellan gjutning (som utfördes 4 maj respektive 18 maj) och blästring (25 maj)

täcktes bron med våt fiberduk. Fiberduken vattnades vid ett tillfälle (21 maj).

Dagarna före blästringen föll dessutom en del regn.

Primerbehandling utfördes med bitumenprimer på ena halvan av varje farbana och med epoxiförsegling på andra halvan.

Vidhäftningen bestämdes för epoxiförseglingen samt för mattan mot respektive primeralternativ. De olika alternativen bedömdes med avseende på eventuell blås-bildning.

Efter avslutade försök och lagningar (efter vidhäftningsprovningen) lades fiber-duk ut över cirka hälften av varje provyta.

Uppföljningar utfördes med avseende på eventuell blåsbildning 17 juni samma år samt i anslutning till utlåggningen av polymerasfaltmastix på mattan, vilket

utfördes 5 oktober. Bindlager ABT ll/B 85 (66 mm) samt slitlager ABS 16/B85

(40 mm) lades enligt uppgift ut under samma vecka som asfaltmastixen. Inga måt-ningar utfördes i samband med sist nämnda utläggning.

Erhållna vidhäftningsresultat och observationer från provläggningen och uppföljningar redovisasiavsnitten nedan, tabell 3 samt i bilagorna 4 och 5.

' t i l

Bro T915 under provlä g.

§7 ' Figur 4

y_

_-4.1

Material

Följ ande material ingår i provläggningen:

0 Icopal Membrane 503 YEP 6500; polymermodifierad isoleringsmatta (god-tagen enligt BRO 94).

0 Isoglasyr 11P; polymermodifierad bitumenprimer (godtagen enligt BRO 94 i kombination med Icopal Membrane). Primerbehandlingen utfördes i ett skikt

på cirka 200-300 g/m2.

0 NM Betongförsegling 62 F; lösningsmedelsfri förseglingsepoxi (med avsand-ning 04-08 mm). Enligt tillverkaren år NM Betongförsegling 62E och 62F

(den som använts i laboratoriestudien (se 4.1)) identiska så när som på en

mindre modifiering. Epoxiförseglingen utfördes i två skikt på totalt cirka

650g/m2.

4.2

Provläggningsresultat och uppföljningar

Erhållna resultat vad gäller fukthalt i betongen, vidhåftning och eventuell blås-bildning sammanfattas i tabell 3. Samtliga resultat och uppgifter finns i bilaga 4.

26 VTI notat 49-1999

Fukthalter (4 cm ner i betongen) var något högre för farbanan med kortast

härdningstid (benämnd farbana våt). Registerade värden låg mellan 5 och 7 %,

jämfört med 4-6 % för farbanan som legat ytterligare två veckor (benämnd farbana referens). Fuktmätningarna utfördes på yta som behandlats med bitumen-primer (samt på kantbalk).

Figur 5 Fktmätning med COCO etern p [9 T 915. Vidhäftningsprovning på

epoxi-förseglingen utfördes dagen efter appliceringen av det andra skiktet. Vidhäftningen låg mellan 3 och 6N/mm2 för båda farbanorna. I samtliga fall uppstod brott i betongen.

Vidhäftningsprovningen på matta utfördes cirka 10 timmar efter av-slutad svetsning. Resultaten låg över lag något lågt (OZ-0.6 N/mmz) jämfört med motsvarande krav enligt BRO 94. Vädret var varmt och soligt med yttemperaturer mellan 18 och 23°C på isoleringen vid provdrag-ning. Ingen skillnad i vidhäftnings-resultat beroende på farbana och/eller primerbehandling kunde konstateras.

Figur 6 Vidháftningsprovning på epoxiprimer, bro T 915.

v.ø r/å'ia 4 57.7%: / I ,I/ i 9 .I . / Z, / /y F 'gur 7

Vid besiktning av bron 17 juni hade ännu ingen beläggning lagts ut. Ingen blåsbildning kunde konstateras på referensfarbanan. Blåsbildning kunde däremot konstateras vid lagningarna (efter vidhäftningsprov-ning) samt i skarv på bron med högst fukthalt. Exempel på blåsbildning visas i figur 8. Blåsbildningens lokalisering framgår av skisser i bilaga 5.

Nästa besiktning utfördes 5 oktober i anslutning till utlägg-ningen av asfaltmastix på isolerings-mattan. Ingen blåsbildning alls kunde

konstateras, varken före eller vid

själva utläggningsarbetet. Tidigare konstaterad blåsbildning (17 juni) vid lagningar och skarv på en av farbanorna kunde således inte åter-finnas. Temperaturen i asfalt-mastixen uppmättes i anslutning till utläggningen och låg på 221-2220C. Temperaturen på isoleringsmattans ovansida respektive undersida regi-strerades och var på ovansidan som

VTI notat 49-1999

mest cirka lSOOC. (Se registrerad

tempe-retur._i._bilaga 5-)

'.,a ' ' (v *9. l

Figur 8 waBlåsbiEldning vdbesikming av bro T915 i juni 1999.

igu'l Utläggning av asfaltmastix på bro T 915 i oktober 1999.

Vid utläggningen av bind- och slitlager som utfördes samma vecka som asfaltmastixen uppstod enligt uppgift ingen synlig blåsbildning.

Tabell 3 Provläg ning 1999-05-2 7 och uppföljning 1999-06-17.

Farbana Referens Våt

Isolering Isolerin smatta

Primer Bitumen- Epoxi- Bitumen-

Epoxi-primer förseqling primer försegling

Täckning ej täckt ej täckt ej täckt ej täckt täckt täckt täckt täckt Fukthalt (°/o) i betongen 4-6 5-7

Vidhäftning (N/mmz)

matta/underlag (O.3-O.6) (OZ-0.5) (O.2-O.6) (O.3-O.6)

Blåsbildning?

1999-05-27 Nej Nej Nej Nej

1999-06-17

Nej

Nej

Nej

Nej

Jaz)

Nej

Ja3)

Ja4>

l.)Provning har utförts vid yttemperaturer på 18 till 23°C 2)Vid lagningar efter vidhäftningsprovningen

3)Vid lagningar efter vidhäftningsprovningen samt i skarv 4)Vid skarv

4.3

Kommentarer

Provläggning och uppföljning av isolerings- och beläggningssystem med svets-bitumenmatta på bro T 915 har resulterat i följande slutsatser avseende uppkomst av blåsbildning. Blâsbildning har inledningsvis inte uppstått på bron, oberoende av nedan listade omständigheter:

0 Om isoleringen applicerats 1 vecka eller 3 veckor efter betongfarbanans gjut-ning.

0 Om bitumenlösning eller epoxiförsegling använts.

0 Om isoleringen täckts över eller ej innan asfaltmastixen lagts ut på svets-bitumenmattan (tiden mellan isoleringsmatta och asfaltmastix är cirka 3.5 månader).

Blåsbildning uppstod endast vid en del av de lagningar som utförts efter vid-häftningsprovningen på isoleringsmatta samt i skarv på brofarbanan som isolerats efter kortast härdningstid. Blåsbildningen konstaterades vid första besiktnings-tillfället (i juni) men kunde sedan inte återfinnas vid nästa besiktningstillfälle, då också asfaltmastixen lades ut på isoleringsmattan.

Anledningen till att blåsbildning uppstått i nämnda fall på bron bedöms vara brister i utförandet vid lagning respektive svetsning av mattan och kan troligtvis inte relateras till fukthalten i betongen och/eller till betongytans förbehandling. (Det skall nämnas att man från entreprenörens sida inte bedömde det inträffade som blåsbildning.)

Anledningen till att ingen ytterligare blåsbildning uppstått (tex. i fallet med bitumenlösning och avsaknad av övertäckning mellan svetsningen av mattan och utläggningen av asfaltmastixen under sommarperiod) kan vara att bron från gjut-ning, isolering och framåt legat öppen, d.v.s. utan motfyllgjut-ning, vägbank och väg framdragen till bron (se figur 4). Eventuella luft- eller ångtryck har haft möjlighet att utjämnats åt olika håll i betongen. En grundläggande fördelaktig omständighet har dessutom varit att isoleringsarbetet utförts på tillfredsställande sätt, så att inga större defekter uppstått i bitumenprimer, epoxiförsegling och/eller vid svetsning av isoleringsmattan.

Vid senare kontrollprovning i laboratoriet av bitumenprimern konstaterades att vattenförträngningsförmågan (enligt BRO 94 bilaga 9-16, provning 11) inte var godkänd. Produkten visade sig inte innehålla något vidhäftningsmedel. Enligt BRO 94 bilaga 9-13 skall bitumenlösning för ytbehandling deklareras bl.a. med avseende på typ och koncentration av vidhäftningsmedel samt vattenförträng-ningsförmåga.

Ytterligare uppföljningar på bron kan utföras för att se om blåsbildning uppstår i ett senare skede (som t.ex. under nästkommande sommarperiod).

Uppgifter om bro T 915 finns i bilaga 6. (Samma inrapporteringsblankett som för broar med blåsbildningsproblem enligt avsnitt 6 har använts.)

5

Fältstudie - bro A 97

Som särskilt uppdrag utfördes också en undersökning med vidhäftningsprovning på bro A 97, Västbergabron. Syftet med undersökningen var att jämföra en epoxi-primers vidhäftning på noggrant rengjord betong med motsvarande vidhäftning på betong med rester av gammal bitumenprimer.

Brons betongfarbana hade vattenbilats och isoleringsarbete med bitumenprimer (Isoglasyr 11 P) och isoleringsmatta (Icopal Broisolering Membrane) pågick. Två vattenblästrade provytor på vardera 2.5 m2 hade i förväg valts ut av NCC/Binab för primerbehandling med epoxi och jämförande vidhäftningsprovning. En av provytorna hade valts som representativ för en noggrant rengjord betongyta,

medan det på den andra provytan fanns mer rester av gammal bitumenprimer kvar efter vattenbilningen.

Provytorna förseglades med epoxi (Binab EP BV 95 i två skikt med avsand-ning emellan). Vidhäftavsand-ningsprovavsand-ning utfördes dagen efter slutfört förseglings-arbete.

5.1

Resultat och kommentarer

Vidhäftningsresultaten varierade mellan 1.6 och 7.3 N/mmz. I samtliga fall upp-stod brott i betongen.

För provytan som representerat en noggrant rengjord betongyta, låg resultaten mellan 3.6 och 7.3 N/mmz.

För provyta som representerat en betongyta med rester av gammal bitumen-primer, låg resultaten mellan 1.6 och 5.6 N/mmz.

Sammanfattningsvis kunde konstateras att rester av gammal bitumenprimer inte haft någon påvisbar negativ inverkan på epoxiförseglingens vidhäftning mot underlaget.

Uppdraget har mer ingående rapporterats i VTI provningsrapport, daterad

1999-09- 1 3, VTI nummer 99-165.

6

Inrapportering av blåsbildningsproblem

Inspektion och inrapportering av blåsbildningsproblem för betongbroar med polymerbitumenmatta enligt BRO 94 ingår som del i det aktuella forsknings-projektet.

En inrapporteringsblankett togs fram och distribuerades under hösten 1997 till ett antal entreprenörer och beställare för vidare utskick och svar.

Syftet med inrapporteringen var att få ett underlag för bedömning av var och av vilka anledningar blåsbildning uppstår vidisolering med polymerbitumenmatta på betongfarbana. Inrapporteringen avsåg blåsbildning som uppstått under eller i anslutning till isoleringsarbetet samt i det fall blåsbildning uppstått senare under isolerings- och beläggningssystemets livstid.

Under 1997 inrapporterades fem objekt, under 1998 var antalet tre, och under 1999 inrapporterades ytterligare elva objekt. Totalt erhölls således nitton rapporter över mer eller mindre omfattande blåsbildning i samband med isolering med polymerbitumenmatta.

För några av broarna hade ingen eller nästan ingen blåsbildning uppstått. En del rapporter var ofullständigt ifyllda o.s.v. Samtliga inrapporterade objekt har dock tagits med i den sammanfattande tabellen 4 i slutet av detta avsnitt.

Inrapporterade objekt är lokaliserade från Norrbottens (BD) län i norr till Skåne (LM) län i söder. Objektens storlek varierar från 80 m2 till 196 000 m2

(Öresundsbron).

Ett av objekten är tråg och tunnel. Övriga objekt är broar, varav en träbro och resten betongbroar.

Bland betongbroarna går fem över vatten. En av dessa är Öresundsbron. Två av broarna ligger i Stockholm och har inrapporterats helt utan blåsbildningsproblem. Den fjärde bron är bro Y 58 över Saluån. För den femte bron som är bron över Törnaån vid Ullånger, också i Y län, har stora blåsbildningsproblem uppstått. (Se

avsnitt 6.2.) Träbron är en GCM bro (I 889).

Från E-län kommer sex rapporter. Ett par av dessa ingår bland ett flertal rapporter för broar längs E4 mellan Ödeshög och Mjölby, där omfattande skador uppstått i beläggningen till följd av blåsbildning i och under isoleringen. (Se

avsnitt 6.3 nedan.)

Endast på Öresundsbron har epoxiförsegling använts. För övriga broar har primerbehandling med bitumen- eller polymerbitumenlösning ingått. Isolerings-system med matta och mastix har angivits i sju fall.

Brofarbanan har i elva fall varit nygjuten. I två fall har nya pågjutningar utförts, och i fyra fall har angivits att ingen ny pågjutning varit nödvändig (men att viss spackling utförts).

Tiden mellan gjutning och isolering har i förekommande fall varierat mellan cirka 3 veckor och 8 månader. Tiden mellan primerbehandling och svetsning av matta har legat mellan 3 timmar och 30 dygn, men har i de flesta uppgivna fall varit cirka 1 dygn. Vädret har i flera fall varit varmt och soligt, under och i anslutning till isoleringsarbetet, men inte som regel.

Tiden från det mattan applicerats tills skydds/bindlagret kommit på varierar från 1 dygn till 3 veckor (Öresundsbron). Om isoleringen under denna period varit övertäckt framgår inte av rapporterna. Tiden fram till utläggningen av slitlagret har varit ytterligare 1 dygn till 2 månader (samt för Öresundsbron upp till 3 månader).

Totala beläggningstjockleken har i övervägande fall varit 70-90 mm. I ett par fall har totala beläggningstjockleken varit cirka hälften av detta. I samtliga fall avses sannolikt inte uppmätt utan beställd tjocklek.

6.1

När, var och varför uppstår blåsbildningsproblem?

Blåsbildning har enligt de olika rapporterna uppstått vid eller i anslutning till mattans applicering (3 angivna fall), efter mastixutläggningen (3 angivna fall), efter utläggning av beläggningslagret (6 angivna fall) och/eller efter ytterligare tid. I vissa fall har blåsbildningen återkommit vid olika tidpunkter. Blåsor och skador har lokaliserats till olika delar av bron. Bedömningar och uttryck som återfinns i de aktuella rapporterna är att blåsbildning uppstått:

0 längs mattskarv,

vid broände, i mitten av bron,

2-3 meter från kantbalk,

över hela bron.

Anledningar till varför blåsbildning och skador uppstått för de inrapporterade objekten är enligt rapportörernas bedömning och författarnas samlade mening följ ande (utan rangordning), och kanske framför allt kombinationer av dessa:

Brister vid utförandet (betongyta, primerbehandling, svetsning av matta) Varm väderlek under olika skeden av isolerings- och beläggningsarbetet Ingen övertäckning av isoleringen trots behov

Dålig timing mellan olika arbetsmoment (bättre samarbete mellan olika

aktörer krävs)

Ofördelaktig fuktfördelning i betongen 0 Betongkvalitet

0 Det totala beläggningslagrets ringa tjocklek