Inverkan av halkbekämningsmedel på betong : Fältförsök vid VTI

V T

Nummer: V 17 Datum: 1987-03-04

Titel: _{Inverkan av halkbekämpningsmedel på betong.} Fältförsök vid VTI

Författare: Kent Gustafson

Avdelning: i Vägavdelningen _Projektnummer: 43321-9

Projektnamn: Alternativaärhnen för kemisk halkbekämpning

Uppdragsgivare: Vägverket

Distribution: &&/begränsad/

Statens väg- och trafikinstitut ä[ $tltlltetvag: aah af,/(- Pa: 58101 Linköping. Tel. 013-11 52 00. Telex 50125 VTISGI SBesök: Olaus Magnus väg 37 Linköping

LÄGESRAPPORT

Februari 1987

Inverkan av halkbekämpningsmedel på betong Fältförsök vid VTI

av

Inverkan av halkbekämpningsmedel på betong.

Fältförsök vid VTI

Delrapport 1. Bakgrund, metodik och utplacering av provkroppar.

Bakgrund

Sedan flera år pågår forskning vid bl a VTI för att finna ett alternativ till NaCl för den kemiska halkbekämpningen. Ett ämne som studeras i detta sammanhang är kalcium-magnesium-acetat (CMA). I flera länder som t ex USA, Sverige, Österrike och England studeras olika egenskaper hos CMA. Undersökningar har utförts eller pågår när det gäller smält-effekt, korrosionsegenskaper, miljöaspekter, betongpåverkan etc.

CMA's inverkan på betong har studerats vid undersökningar i speciellt USA, Sverige och Österrike. Följande resultat är för närvarande kända. USA

Flera stater har utfört frys/töväxlingsförsök i mindre omfattning. Mer ingående provning har skett vid Bjorksten Lab. där provningen mer utförts ur kemisk angreppssynpunkt, se VTI Meddelande l+87. Gemen-samt för provningarna är att lösningarnas koncentration varit låga, endast några få vikt-°/o. Resultatet i de olika undersökningarna har varit att inverkan av CMA-lösning i allmänhet varit små i förhållande till inverkan från NaCl och CaClz. En mer omfattande undersökning pågår

nu i USA (Effects of CMA onäPavements and Motor Vehicles/Daedalean

Associates, Inc.).

Österrike

Utveckling och provning av CMA pågår. Speciellt har miljöaspekterna

av CMA studerats, men även inverkan på betong har provats. I en artikel av G. Stehno "Probleme der Tausalzbeständigkeit von Beton-oberflächen" beskrivs ett frys/töväxlingsförsök med CMA och NaCl.

3 0/o-ig NaCl-lösning och 6 %-ig CMA-lösning har provats och resul-tatet blev att NaCl gav betydligt större avskalning efter 50 frys/tö--växlingar.

Sverige

Undersökningar angående CMA's inverkan på betong har pågått och pågår vid VTI och Lunds Tekniska Högskola. På VTI's uppdrag har också direkta provningar utförts av Materialprovningen- vid Stockholms

gatukontor. I ett förförsök vid VTI utfördes frys/tö-växlingsförsök enl

55 137225 med NaCl, CaClz, Urea och CMA. Koncentrationen hos

lösningarna var 3 °/o. Resultatet efterck28 frys/tö-cykler var att avskal-ningen på grund av CMA-lösning var mindre än de övriga tre

lösningar-na.

I ett större försök som utfördes av Stockholms gatukontor provade: CMA och för jämförelse även NaCl, CaClz och MgClz. Som provbetong användes både 30-tals betong med dålig frostbeständighet och en god, lufttillsatt betong med acceptabel frostsäkerhet. Provning, frys/tö--växling, utfördes enligt SS 137236 med följande lösningar:

rent vatten

CMA 3-25 vikt-% NaCl 3 %

CaClz 3 %

Resultatet sammanfattas enligt följande:

30-tals betong utan luft

I 3 % NaCl går betongen mot kollaps efter 14 dygn, motsvarande för 3 % CMA är 34 dygn. Därav framgår att CMA inte är helt oskadligt.

_-God betong (se fig. 1 bilaga 1)

CMA

Skadegraden ökar linjärt med stigande koncentration. Mättad CMA-lös-ning ( 25%) ger samma skaderesultat som 3 % NaCl. Vid 3% ger

emellertid CMA endast 1/7 av NaCl-skadorna.

3 %-lösning ger ca 2/3 av NaCl-skadorna. Tidigare prov visar dock att svår kemisk attack uppstår vid högre koncentrationer, även utan frost.

«:\

3 %-lösning ger endast 1/10 av NaCl-skadorna vid frys/tö-växling.

Även för MgClZ finns dock belägg för rent kemisk nedbrytning utan

frost, ännu värre än vid CaClz.

I figur i bilaga 1 redovisas resultatet. För NaCl, CaClz och MgClz där provning skett vid 3 %-lösning har tendenser för Övriga koncentrationer inritats efter rapport av Verbeck ÖC Klieger. Enligt dessa ,försök har

kloridsalterna en klar topp vid 3-4 % enligt frostprovningsmetoden.

Efter en nedgång vid något stigande koncentration ökar skadegraden dramatiskt för CaClz och MgClz vid höga koncentrationer. Den kemiska effekten gör sig här gällande. För NaCl avtar däremot skadorna tydligt vid stigande koncentration till att vara mycket små för mättad lösning. Enligt frys/tö-växlingsförsök är CMA's skadeföljd linjärt stigande med koncentrationen till samma nivå som NaCl's max. Det innebär att om en eventuell anrikning sker på grund av avdunstning kan CMA's skadliga inverkan på betongen vara farligare än för NaCl.

Resultatet från detta försök är i god överensstämmelse med de Övriga refererade provningarna i utlandet. Vid låga koncentrationer är CMA mindre skadligt än tex NaCl. Utomlands har som tidigare visats

provning endast skett vid lägre koncentrationer 2-6 % och inte

I försöket vid Lunds Tekniska Högskola är syftet att studera den kemiska inverkan på betong av bl a CMA. Exponering avbetongprover .har skett i mättade lösningar under mer än ett års tid. Provet utvärderas för närvarande och rapport väntas under 1987. I korthet kan följande resultat sägas ha framkommit. Betongprismor förvarade i CMA-lösning vid +20°C har skadats mycket kraftigt och har mer eller mindre fallit sönder. Vid +50C är skadorna mindre men ändock är prismorna relativt allvarligt angripna speciellt i kanterna. Förvaring i NaCl-lösning har både i +20 och +5°C givit betydligt mindre angrepp. Undersökningen med förvaring i CaClz-lösning kom igång något senare men har emellertid på kort tid givit upphov till kraftiga skador. I många fall har provkropparna nästan helt sönderfallit ("sprängts").

Som här harframgått skiljer sig olika halkbekämpningsmedels inverkan på betong med avseende på främst lösningens koncentration.

Naturligt-vis påverkar även andra faktorer, t ex temperatur och betongkvalitet,

skadegraden. Frågan som kan ställas är därför: Vilka lösningskoncentra-tioner kan man förvänta sig i prakiken i en bro/betongkonstruktion och i brokantbalkar? Kunskap om detta saknas.

För att under mera realistiska och varierande_ förhållanden prova

halkbekämpningsmedels inverkan på betong har ett försök igångsatts vid VTI. Betongkuber har utplacerats i anslutning till institutet och kuberna besprutas med olika medel under vintern för att efterlikna "saltning".

Efter en vinter och efterföljande sommar kommer en del av kuberna att

analyseras medan övriga kan utnyttjas för en eller flera ytterligare vintrars exponering. Syftet med försöket är att under mer realistiska

förhållanden studera skadorna till följd av kombinationen kemisk och

frys/tö-växlingseffekt.

Betongprover

Tre betongkvaliteter provas.

- KBO (vct 0,6) utan luft - Kl+0 (vct 0,5) utan luft

Inst. för Byggnadsstatik, KTH har låtit gjuta totalt 39 provkuber av varje kvalitet, dvs totalt 117 st. Därav användes 9 st direkt för provtryckning och övriga 108 för det egentliga försöket. I bilaga 2 redovisas i tabellform de 108 kuberna numrerade 601-717 (obs. att nr 637-639, 676-678 och 715-717 borttagits för provtryckning) fördelade på 3 betongkvaliteter och 6 lösningar. Varje kombination betongkvalitet och lösning består av 6 kuber varav 3 planeras att analyseras efter ca 1

år och Övriga 3 efter ytterligare l a 2 år.

Saltlösningar. Sex olika lösningar provas.

- Vatten

- CMA, tillverkat av Verdugt, Holland - CMA, tillverkat av Chevron, USA - Natriumklorid, NaCl

- Kalciumklorid, CaClz - Magnesiumklorid, MgC12

Koncentrationen hos saltlösningarna är 25 % (CMA, CaClz och MgClz) eller mättad ( 23 %, NaCl).

Försöksuppläggning

Provkropparna har utplacerats på en tunn bädd av makadam. För att

efterlikna "saltning" besprutas varje kub med 50 ml lösning varje vardag då lufttemperaturen ligger i området -lO - +5°C. I några fall har besprutning även skett under icke-vardag.

Provkuberna har före försöket mätts och vägts. Under försökets gång kommer, något beroende på skadegraden, eventuellt mätning och väg-ning att ske ytterligare någon gång. Efter ett års exponering tas

proverna (hälften av kuberna) in för analys och provning. Kemisk analys

och hålliasthetsprovning är planerade undersökningar.

Vid provningsplatsen har placerats en termohygrograf som registrerar

lufttemperaturen. Från SMHI kan ev ytterligare klimatstatistik fås från

Försökets igångsättning

Betongprovkropparna gjöts vid KTH under tiden 1986-11-241 (1(30),

1986-11-25 (K40 utan luft) och 1986-11-26 (K4O med luft). Proverna

härdades och förvarades normenligt fram till 1986-12-19 då de trans-porterades till VTI. Inmätning av kuberna utfördes med avseende på mått och vikt 1986-12-22. Måtten på kuberna var av storleksordningen 150x150x150 mm. Vikten hos kuberna varierade mellan ca 7629-8081 g.

Eventuella skador antecknades.

Provkropparna utplacerades 1986-12-22 i enlighet med det schema som återges i bilaga 3. Vid utplacering var betongens ålder 26-28 dygn. 1986-12-23 besprutades kuberna för första gången med vardera 50 ml lösning. Därefter har besprutning skett vid ett flertal tillfällen, t o m v 7-87 vid totalt 27 tillfällen. Under januari har temperaturen under flera dagar varit betydligt lägre än -IOOC varför besprutning inte skett. I början på februari börjar tecken synas på viss påverkan från halk-bekämpningsmedlen, dock endast från kloridsalterna. På några kuber

utsatta för NaCl, CaClz eller MgC12 har små uppsprickningar,

avflag-ningar på sidorna börjat ske. Skadorna är ännu så länge små men ger

dock en förhoppning om att resultat skall kunna ses redan efter ett års

p -bSSELTE

' | .Y : 0 L. ( E 4,

5.--«mtøv

"" '"'_"' ""A TTF'JT'R T '17 T1! " " '" ' -A . h T I

'CMA

. V .-..T.. ,. ,--T.. ä --.--. " - v4- -uv..-l_-_- - .- -i E? T ahah

...1 Q -__o_ ...-.-.--._-. __ ._ - ____.- . _...__..-v- _-_.-_ ...,---....-..- m--- .

. -_4-.v-_. ---v WL* . Y vo c l -J L T T I . 33.

AVSKÅLNING

.4-.--..-4._. - --m---_.-..4: ._., ...._. . -.- -1 I. i." ...4---... .

. 4' .-- -.,_. _ w _.

U198;;

_ .. _.?u - _ _ 4* -..-...4 _ 4.. . - ...-.. -- _....h._...-- <--, - _FT_ i l -._- -__.--__ ...á ..._...- -.4...__,' -_ -,_._ vb-.. ._.__ ; 1 . 1 . 1 . 0 L I . o -...-.. i AU» - ._ ..- -Anqm ...._. iT_ 4... ..----_,. °4 -- ---a---- 0----4r-- 0--4r-.I C 2 i Y »0 . v0 ..,_ -l Y" »JL-_. -4 V 3 9 i ,7 v ._.__._.-.2- . »4 ..-_--_4.__... 5.-... ._-..._-4 - -- .---w ._.áH --.-..._ - 4' ..-1 --..-._..-._+ ..--.. .. . -< . -H -.._._. M., . -7--- _.r. __ - -..- - .. 4 _7-,- W

_üglmmu

i _me EL -1 ___ I I rT YY 7 _.. -0 r ,-....m._- -.+_ -.__. ..._ 2. - . ._ ..-4 -s »4 v

_1._,é._f,

-_ P.-- ....7.. .A 4... -. r _.-. .

andensertenll

-v...-. _ -4... - ._.. ..-_- -4---. 7-.-.. _4_ '--4 1; A Verbeck §-Kliege; ----.--.. - --n-O- _-.---_ --.4 -...., 07-.._.-. .4.--..,_ ----.__4 -_ ,-...A _-...___... - -_._-.7- AL." --- vh... .h ..4._ .b...__ .. . n., -M---_i u. ..-....- ____. --__. . ._..._ L...4.__V....__. ...Q Mm. . . 0 0 6 0 6 9 . . . T 1 . rm-- ny, i ._ --._v 1 .v 17 '4 1 i _.4- .4--. ---. ...__Mrç_ __ A . i -.--q.-4 . 7 a Y. .L . 1 . v . 2v . § -Lt .- -...4_.- -..f - .» <-- 0-. __r ____. . Y r Y o r vY . . . . . . . . . . . v .._. ..wu.. . ._ _ q -, ...__.- . ...._. -4- . -__--;.._ __ - _._ _,__ _._ r-.--.

:erm56mcykl

i..- -.._.._-..r_. .. o_,__ --u4

-.- - ._. _ ,_...W . Ä . . 0 . 0 3 i e I. . Q , m** _'f_ w' "m7" ; "" ' 1 . - -_k- -.4»4...

?NäCI*3*%Ã

35

4

-d

- _ ..>_...4_..----.... - ._- ...- ..-_._..-- --...._., -... - - ...--.. v a v v

'25:24-. '25:24-., _'25:24-.- -_'25:24-.'25:24-.- -d 'to --_ 9-..--., -_ i v . . '9 .4 . ----.... L . % 4 -m -.< - - ._- .-_.. ...-*-.-..- _..._. -. .4i-4_..,..._---. L

gm»

T 7 L 7 .n - 5-4,--- --..

._ ._. ._; T4, ,_._ .._ . ..._

____ A-_._..1 _. +._ _._-.._._. _ ._... 4.-.-_--_--{.

...4 7. .-._04 - ...4 .___.-... .4 _.V.7. ..-w -.-...-.__ ...- _ V_--.L_.__ -... 477N_.- ...-- .i .__ ----.n 4_ --._-qb-_o-a - __ _+ ._.,.-..., _. -..4 ...1" m... 4 ..._.... _ ._. . . -< ... .--4--- .,4.,. - - -... .f t ..--_4__ --4_._._. .

...._. -..__ ...1..H . , v WW..- ..._. ._..-.. _9..._ 4-- ...-7, ...__7_ ...A V: 4.... 1 . J -at-h_ q - - v-m 7-_w____- 4. _._ .- .--. 4 __...44 --_ 7-_ . .__ ,.._ -....-_ ._. Ha,....4 ,---.-.4.--4---444 ..._1---..--_-__.+ u.. .. -.-4... . ...-...w-«...._ . ._ _._ .__. 5- . . 1 o 4 v __.'.-- - -i . .-...4 ..-.... 4 v.. - _. _-.-.. ._ .__4F-_. --7..- -__.__ ...__ ,...__ -.,__- . . . -..

7-..* <4'.

25' SALTHALT %

.0 ._-/_ ä -._

. -v...- .._._....1».___._. .__k_._..._ _. . .

< - 4 -NINGEN gatukontor MATERIALPROV-i ;Salt-test med 3 samt 3-25 % CMA % (Jnl. SS 13 72 36 NaCl, CaClz, MgCl2 DLLG C1 Arb. Ll985+02-05 nr 9849

Bilaga 2

Provkuber för fältprov med olika salter vid VTI

Serie Salt K 30 (vct 0,6) K 40 (vct 0,5) K 40 (vct 0,5)

utan luft utan luft med luft

1 (19)

H20 601-603 (619-621)

2 (20)

"

640-642 (658-660)

3 (21)

"

679-681 (697-699)

4 (22)

CMA 604-606 (622-624)

(Verdugt)

5(23)

"

643-645(661-663)

6 (24)

"

682-684 (700-702)

7 (25)

CMA 607-609 (625-627)

(Chevron)

3 (26)

"

646-648 (664-666)

9 (2.7)

"

685-687 (703-705)

10 (7.8)

NaCl 610-612 (628-630)

11 (29)

"

649-651 (667-669)

12(30)

"

688-690(706-708)

13 (31)

Cac12 613-615 (631-633)

14 (32)

"

652-654 (670-672)

15(33)_ "

691-693(709-711)

16 (34)

MgClz 616-618 (634-636)

17 (35)

"

655-657 (673-675)

18(36)

"

694-696(712-714)

En serie består av 3 st kuber. Kuberna härdas och förvaras n0rmenligt fram till 28 dygns ålder.

*) Lufttillsatsmedel "Barra 55 L" från Cementa AB, Danderyd

(Tillsats 0,04 % av cementvikten i blandningsvattnet).

14 2C ) 60 1 60 2 60 3 61 9 62 0 62 1 64 0 67 9 64 1 68 0 64 2 68 1 65 8 69 7 65 9 69 8 66 0 69 9 C M A (V er dug t) 60 4 643 60 5 64 4 60 6 64 5 62 2 66 1 62 3 66 2 62 4 66 3 68 2 68 3 68 4 70 0 70 1 70 2 Be to ng pr ove r ut pl ac er in g C M A (C he vr on ) N a C l Ca C1 2 MgCl z 60 7 64 6 60 864 7 60 9 64 8 625 66 4 62 6 66 5 62 7 66 6 68 5 68 6 68 7 70 3 70 4 70 5 61 0 64 9 68 8 61 1 65 0 68 9 61 2 651 69 0 62 8 66 7 70 6 62 9 66 870 7 63 066 9 70 8 61 3 61 4 61 5 63 1 63 2 63 3 65 2 69 1 65 3 69 2 65 4 69 3 67 0 70 9 67 1 71 0 67 2 71 1 61 6 61 7 61 8 63 4 63 5 63 6 655 656 657 673 674 675 69 4 69 5 696 712 713 714 Bilaga 3