EXAMENSARBETE
Slitbanebetong för broar
Inventering och inverkan av krympning
Abdiaziz Yusuf Hassan
Civilingenjörsexamen
Väg- och vattenbyggnadsteknik
Luleå tekniska universitet
i
F
ÖRORD
Denna rapport är ett resultat av ett examensarbete på 30 högskolepoäng.
Examensarbetet är utfärdat under vårterminen 2011, vilket är även en del av
författarens sista moment i hans fem åriga civilingenjörs utbildning väg- och
vattenbyggnad. Examensarbetet utfördes i samarbete med Luleå tekniska universitet,
Trafikverket (fd vägverket) och Betongindustrin.
Första och främst vill jag tacka Allah för min hälsa och de förärvda kunskaperna under
livets gång.
Sedan vill jag även rikta oändlig tacksamhet till mina nära och kära som stöttat mig i vått
och torrt, utan ert stöd vet jag inte vad jag skulle gjort.
ii
S
AMMANFATTNING
Användning
av
direktgjuten
slitbetong
som
farbana
är
ett
intressant
beläggningsalternativ. Men för att kunna implementera alternativet i en större
omfattning bör en ändring på formeln enligt bro 2004 del 62.323 för direktgjuten
slitbetong göras. Detta på grund av att formeln ger för hög stålfiber mängd. Därför är
denna rapport en del av förbättringen av formeln.
I rapporten gör författaren en inventering där bl.a antal broar som har direktgjuten
slitbetong som farbana, i vilka intervaller i både längd och broyta de finns samt var och
när dessa broar byggdes tas fram. Det görs även en inventering om vilka typ av skador
dessa broar har. Detta redovisas sedan i diagramform för att kunna få en insikt om dess
omfattning.
En annan del av undersökning som görs i denna rapport är att titta på temperatur och
relativa fuktighetens påverkan på betongens krympning. Detta för att efterlikna
betonggjutning under olika årstider och platser i landet.
Allt detta görs för att få en uppfattning om direktgjuten slitbetongs utsträckning i landet
så väl som att hitta en gynnsam gjutningsmöjlighet. Sker krympningsprocessen långsamt
blir vidhäftningen mellan betongen och beläggningen bra, vilket i sin tur resulterar till
en mindre mängd tillförsel stålfibrer i betongen. Det leder även till enklare bearbetning
vid gjutning, samt att få till ytjämnheten på farbanan.
Luleå Juni 2011
iii
A
BSTRACT
The use of direct mould concrete as material for the surfacing on bridges is an
increasingly used coating option. But in order to implement this option at a larger scale,
a change in the formula according to “bridge code 2004 part 62.323” for direct mould
concrete has to be made. This is because the present formula gives too high volumes of
steel fiber. Thus this report will be a part of improving the said formula.
In this report the author makes an inventory in which, among others things, the amount
of bridges that have been directly molded with concrete as surfacing. The inventory
shows in what intervals in both runway length and the area of the surface that is direct
moulded as well as where and when these bridges were built. There is also an inventory
made of what kind of damage these bridges have been suffering. This is then presented
in graphical format in order to get a grip on its scope.
Another part of the research made in this report is to study the temperature and relative
humidity’s effects on concrete shrinkage. This is done to simulate the concrete moulding
in different seasons and locations in the country.
The goal is to acquire an understanding on the extent of direct mould concrete usage in
Sweden, as well as to find a favorable moulding-environment. If the shrinkage process is
slow the grip between the main concrete construction and the surface coating is better,
which in turn results into a smaller amount of required steel fibers in the concrete. It
also leads to easier processing when moulding, and minimizes the surface roughness of
the bridge way.
Luleå in Juni 2011
iv
v
T
ECKENFÖRKLARING
W = betongens vattenhalt, [kg/m
3]
c = cementmängd, [kg/m
3]
Vct
max= W/c = 0,4
T = temperatur, [
0C]
RH = RF = relativa fuktigheten, [%]
ε
cs= yttre fria krympningen
γ
t= faktor som anger relativt tidsförlopp, med slutvärde = 1 efter oändlig tid
γ
RH= γ
RF= faktor beroende av omgivningens relativa fuktighet
ε
s0= materialets fria slutkrympning (referenskrympning)
t - t
s= uttorkningstid efter start av uttorkning, [d]
t = aktuell tidpunkt, [d]
t
s= tidpunkt för start av uttorkning, [d]
t
50= uttorkningstid då betongen uppnått 50% av slutkrympningsvärdet, [d]
t
ref= tiden t
refför betongen sätts till 250 dygn
γ
T= parameter som är beroende av temperaturen
γ
S= parameter som varierar med fuktlagringstidens längd
V = betongkroppens volym, [m
3]
A = betongkroppens uttorkningsarea, [m
2]
K
s= 1,14
t
s1= fuktlagringstid, [d]
ε
s0∞= referensvärde för den autogena krympningen, autogen referenskrympning
β
s0= relativa tidsförlopp i dygn för den autogena krympningen (β
s0(1d) = 0)
B = bindemedelhalt, [kg/ m
3]
vii
INNEHÅLLSFÖRTEKNING
1. INLEDNING ... 1
1.1
BAKGRUND... 1
1.2
M
ÅL OCHS
YFTE... 1
1.3
F
ORSKNINGSFRÅGOR... 2
1.4
A
VGRÄNSNING... 2
1.5
R
APPORTENS DISPOSITION... 3
2. LITTERATURSTUDIE ... 4
3. METOD ... 7
3.1
A
RBETSGÅNG FÖRI
NVENTERING... 7
3.2
A
RBETSGÅNG FÖR KRYMPNING... 8
4. INVENTERING ... 9
4.1
B
ATM
AN... 9
4.2
R
ESULTAT... 12
4.2.1 Antal broar ... 12
4.2.2 Broyta & Konstruktions längd ... 14
4.2.3 Nybyggnads år ... 16
4.2.4 Aktuella skador ... 19
4.2.5 Intervju ... 24
5. EFFEKTEN AV KRYMPNING ... 26
5.1
A
LLÄMNT OM KRYMPNING... 26
5.2
O
LIKA KRYMPNINGS BETEENDE... 27
5.2.1 Plastisk krympning ... 27
5.2.2 Uttorkningskrympning... 27
5.2.3 Autogen krympning ... 27
5.3
T
EORETISKT BERÄKNINGS MODELL FÖR KRYMPNING... 28
5.3.1 Betong recept & Dimension på provkropp. ... 28
5.3.2 Krympningsmodell enligt betonghandboken, BHB ... 29
5.3.3 Krympningsmodell för autogen del enligt handboken för högprestandardbetong, HPB ... 30
5.3.4 TOTALA KRYMPNINGEN ... 30
5.4
R
ESULTAT... 31
6. DISKUSSION OCH SLUTSATS ... 38
7. FÖRSLAG PÅ FORTSATT ARBETE ... 40
8. REFERENSER ... 41
8.1
T
RYCKA KÄLLOR... 41
8.2
E
LEKTRONISKA KÄLLOR... 41
8.3
Ö
VRIG... 42
BILAGA A: INVENTERING ... A
A1:
T
ABELLER TILL INVENTERINGS DIAGRAMMEN... A
A2:
I
NTERVJU FRÅGOR OCH SVAR... A
viii
1
1.
I
NLEDNING
I rapportens inledande kapitel introduceras bakgrunden, mål och syftet för denna rapport
till läsaren. Vidare tas forskningsfrågorna och dess avgränsningar upp, för att kunna
genomföra rapporten. Rapportdisposition möjliggör en övergripande syn på rapportens
olika delar för läsaren, vilket redovisas i figur 1.5-1 i kapitel 1.5.
1.1
BAKGRUND
Då man belägger en brofarbana finns det flera olika beläggningsalternativ. Ett av de
alternativen är att lägga direktgjuten slitbetong. Problemet med detta alternativ är att
det är trögt att pumpa betongen, tungt att bearbeta den samt svårt att få till ytjämnheten
på brofarbnanan. Detta på grund av för hög stålfibermängd i betongen. Enligt bro 2004
kapitel. 62.323 ger bakomliggande formel en mängd av 60kg/m
3.
I tidigare försök, se referens nio, som har gjorts för att testa användningen av
direktgjutenslitbetong som farbana har man fått ett tillfredställande bra resultat. Nu vill
Trafikverket få ner mängden av stålfibrer i betongen, men för att kunna ändra formeln
måste den ”nya” formeln gälla för de rådande väderförhållande i hela landet. Får man till
en långsam sprickfri krympning blir vidhäftningen mellan betongen och beläggningen
bra, vilket i sin tur resulterar att man kan använda mindre mängd stålfibrer i betongen.
Därför har detta ämne blivit aktuellt. Det börjar med en omfattande inventering som
följs av en undersökning av temperaturen samt den relativa fuktighetens påverkan på
krympningen hos en betongkropp.
1.2
M
ÅL OCH
S
YFTE
Syftet med denna studie är att utreda hur många broar som använder sig av direktgjuten
slitbetong som farbana i Sverige samt att se hur temperatur och relativfukthalt påverkar
krympning hos en betongen kropp. Därutav blir målet att ge ett underlag för optimal
direktgjuten slitbetong.
1. Inledning
2
1.3
F
ORSKNINGSFRÅGOR
De två övergripande forskningsfrågor för detta examensarbete formuleras nedan. Det
finns även delfrågor som dyker upp under varje huvudfråga, de redovisas under
respektive kapitel.
Inventering:
- Hur många broar har direktgjuten slitbetong som farbana?
Forskningsfrågan syftar till att kartlägga omfattningen av hur många broar med
slitbanebetong som farbana som finns i landet, var de flesta finns samt vilka skador
dessa broar har.
Forskningsfråga I:
- Hur ser krympningen ut vid varierande temperatur och relativfukthalt?
Tanken med denna forskningsfråga är att kunna göra en handberäkning för krympning
där man simulerar olika temperaturer vid olika område med relativ fukthalt.
Det fanns även en tredje aktuell forskningsfråga dock hanns den ej med, detta på grund av
förseningar av leveranser. Denna fråga var till syfte att i laboratoriemiljö gjuta betong
samt utvärdera krympningen då prismorna står i en klimatanläggning anpassad efter
temperatur och relativfukthalt. I bästa mån skall de praktiska försöken övestämma med
den teoretiska handberäknade krymningen.
1.4
A
VGRÄNSNING
Arbetet utförsts som examensarbete på 30 högskolepoäng, vilket innbeär en studietid på
en termin.
3
Avgränsningar för inventering:
- Inventeringen tar endast hänsyn till fordonstrafikerade broar. Därför tas inga
GC-broar, valvGC-broar, bryggor och ramper med. Ramp tas bara med om den leder ett
fordon över ett hinder, tex. att en annan väg åker under den eller dylikt.
Avgränsningar för handberäkningen för krympning:
- Den relativa fukthalten anses vara konstant, då temperaturen är den varierande
variabeln.
1.5
R
APPORTENS DISPOSITION
Figuren 1.5-1 illustrerar rapportens disposition i stora drag.
Figur 1 .5-1: Rapportens disposition.
Kapitel 1
•Inledning: Introduktion till rapporten tas upp
Kapitel 2
•Litteraturstudie: Under den här kapitlet görs en litteraturstudie för fortsatt arbete.
Kapitel 3• Metod: Arbetstillvägagången för de olika forskningsfrågorna beskrivs
Kapitel 4
• Inventering: En inventering av direktgjutna slitbetongs broar görs
Kapitel 5• Effekten av krympning: Forskningsfråga I besvaras
Kapitel 6
• Diskusion och slutsats: Disskusion och slutsatser för resultatet för de två forskningsfrågorna diskuteras
Kapitel 7• Förslag till fortsatt arbete: Här anges förslag till fortsatt arbete
2. Litteraturstudie
4
2.
L
ITTERATURSTUDIE
I detta kapitel går författaren igenom de litteraturer som har studerats före projektstart.
Direktgjuten slitbetong på broar- En uppföljning av de broar som har byggts med
direktgjuten slitbetong sedan 1992 (Lindqvist, Magnus)
Denna rapport har utfärdats på uppdrag av Trafikverket region nord, därför har fokus
lagts på broar med direktgjuten slitbetong i norr- och västerbotten. I rapporten studerar
författaren utförande, ytjämnhet och komfort, uppstickande stålfibrer och förekomsten
av sprickor hos 24 stycken broar som är byggda med direktgjuten slitbetong sedan
1992.
Enligt rapporten kommer författaren fram till att åkkomforten över dessa broar är
sämre än på broar som belagts med bituminös beläggning. Detta på grund av att det
uppstår skakningar och förhöjd ljudnivå vid överfarter. Beträffande av uppstickande av
stålfibrer tillägger författaren att det är olämpligt att välja en slitbetong som beläggning
på gång- och cykelbroar eller andra broar och vägar som kan förväntas trafikeras av
cyklister, fotgängare och djur. Detta så länge det inte kan garanteras att det blir helt fri
från uppstickande stålfibrer. I fråga om sprickor, så har det förekommer några broar
med rikligt sprickor men i de flesta fall är sprickorna täta med små sprickvidder. Det har
farmkommit även att det finns ett vist slitage och spårdjup på några av broarna, men
överlag verkar slitstyrkan hos slitbetongen vara god.
Direktgjuten slitbetong – den enkla och kostnadseffektiva metoden:
Fullskaleförsök med att återskapa all kvalité från 80-talet. Bro över Kulbäcken vid
Degerön.
5
I detta fullskaleförsök har målet uppnåtts helt samt utvärderarna har kommit fram till
att användning av en mycket styv betong med stora mängder fibrer är genomförbar. De
har även kommit fram till metoden ger ett mycket bra resultat kvalitetsmässigt.
Som slutsatsen av försöken kan man säga att användningen av direktgjuten slitbetong är
miljövänligt, kostnadseffektivt, inga grundavlopp, ej årstidskänslig, ljus beläggning, ger
ärlig och robust yta samt få moment vid utförandet.
Uppdragsrapport nr 2009-230 Dimensionering av slitskikt i fiberbetong för
brobaneplattor Johan Silfwerbrand
Denna rapport är utgiven av CBI och uppdragsgivaren är Trafikverket. Syftet med den är
att utveckla en dimensioneringsmetod för slitskikt i fiberbetong. Utgångspunkterna för
de dimensionerings ekvationer som använd i rapporten är baserade på normer enligt
vägverkets publikation nr 2004:56, Svenska Betongföreningens rapport om industrigolv
samt svensk och internationell forskning och långvarig erfarenhet av praktisk
användning av pågjutningar på brobaneplattor. I ett av kapitlen i rapporten ger
författaren förslag till rekommendationer för direktgjuten slitbetong, där han bland
annat tar upp tjocklek, stålfiberinnehåll, betongmatris, residualhållfasthetsfaktor,
alternativa fibrer, utförande och kvalitetssäkring av vidhäftning. I de olika punkterna tar
författaren upp de normkrav som finns och därefter kompletterar med sin erfarenhet.
Direktgjuten slitbetong på broar, stålfiberarmerad och självkompakterad,
Charlotta Jannok
Denna rapport är utfärdat som examensarbete. Syftet är att ta fram betongrecept och
förbättra arbetsmetodiken för gjutning av självkompakterande direktgjuten slitbetong.
Arbetet har utfördats dels teoretiskt och dels praktiskt, såsom provgjutningar och ett
fullskaleförsök.
2. Litteraturstudie
6
Fiberarmerad direktgjuten slitbetong – Undersökning av sprickarmeringsbehov :
Jonas Carlswärd
Detta projekt utfördes fullskalegjutning av slitbetong på bro över Luleälven vid
Bodforsens kraftverk, Boden. Man göt i olika etapp indelningar med varierande
stålfiberhalt för att studera skillnaden mellan fiberhalternas påverkan på gjutningen.
Samtidigt har en teoretisk analys gjorts för att bedöma dragspänningen och eventuella
sprickrisker på pågjutningen.
Detta försök har pågått under ett år, och inga sprickor har uppkommit undertiden. Enligt
författaren går det inte att göra några uttalanden, på grund av den korta tiden, om
bidraget från de olika armeringsalternativen. Men med en teoretisk modell för
sprickbreddsberäkning kan en mängd på 30kg/m
3stålfibrer vara tillräckligt för att klara
ett sprickbreddskrav på 0,1mm då pågjutningen är 130mm.
7
3.
M
ETOD
Kapitlet behandlar de metoder som har använts för att genomföra examensarbetets olika
avsnit, inventering och teoretisk beräkning av krympning hos en betongprisma.
3.1
A
RBETSGÅNG FÖR
I
NVENTERING
Arbetet har inletts med datainsamling av landets samtliga broar med betongbaneplattor,
där även de som har direktgjuten slitbetong som farbaneplatta tagits fram. Därefter har
en mängd data bearbetats för att besvara frågorna nedan:
- Hur många brofarbanor i betong respektive direktgjuten slitbetong per län och
region i både antal och procent finns det.
- I vilket intervall av konstruktionslängd och broyta tillhör broarna med
brofarbanor i betong respektive direktgjuten slitbetong.
- Byggår på broar med farbanor i betong jämte de med direktgjuten slitbetong.
- Finns det skador, och vad för skador.
För att få svar på dessa frågor har arbetsgången för detta avsnitt sett ut enligt figur
3.1-1.
Datainsamling från BaTMan
Intervjuer
Bearbetning av data Resultat
Figur 3.1-1: Arbetsgång för inventering.
3. Metod
8
3.2
A
RBETSGÅNG FÖR KRYMPNING
Denna del av examensarbetet har genomförts enligt figur 3.2-1. För att kunna göra en
teoretisk handberäkning av krympning görs först en mängd litteraturstudie, vilket även
underlättar för att besvara nedanstående punkter.
- Teori om krympning
- Beräkningsmodell för krympning
- Resultat av krympning vid olika temperatur och relativfuktighalt
Litteraturstudie Teoretisk beräkning
av krympning Resultat
9
4. Inventering
I detta kapitel har inventering gjorts för att få fram hur många brobaneplattor i betong
som finns i landet, samt hur många av dessa som är direktgjuten slitbetong. Datainsamling
har gjorts med hjälp av Trafikverkets databas, BaTMan.
4.1
B
AT
M
AN
BaTMan, Bridge and Tunnel Management, är en förvaltningssystem för förvaltning av
byggnadsverk i Sverige. Den förvaltas av Trafikverket i samverkan mellan Sveriges
Kommuner och Landsting (SKL), Stockholm stad Trafikkontor, Stockholmslokaltrafik
(SL), Trafikverket Enskilda Vägar och Göteborgs hamn. Med hjälp av systemet kan man
enklare förvalta byggnadsverk (tex. broar, tunnlar, färjlägen och kajer/bryggor) från
nybyggnation till utrivning, se figuren 4.1-1.
Figur 4.1-1: förvaltningsprocessen enligt BaTMan.
För inventering har kategoriererna nedan tagits fram från BaTMan för att kunna besvara
våra frågeställningar.
Konstruktionsnummer:
4.
I
NVENTERING
10
Figur 4.1-2: Konstruktions uppdelning.
Konstruktionsnamn:
När en konstruktion är färdig får den även ett namn, konstruktionsnamn. Enklast kan
man säga att den övergripande beskriver konstruktionstypen samt syfte och läge i
förhållande till en ort eller plats. Se Exempel 1.
Exempel 1: Namngivning av en konstruktion
Konstruktionshuvudtyp: Bro
Syfte: Föra trafik över Lillån
Läge: 2,0 km sydväst om Djäkneboda
Med den korta informationen blir konstruktionsnamnet: ”Bro över Lillån 2,0 km SV
Djäkneboda”.
Konstruktionslängd:
11
Broyta:
Broyta defineras som brobaneplattans yta exklusive kantbalkar. Det är arean, bredden
mellan insidan av kantbalken multiplicerad med plattans längd längs körriktningen, i
kvadratmeter.
Nybyggnadsår:
Året konstruktionen blev färdigbyggd.
Skadetyp:
Aktuella skador som är kända och finns på brobaneplattan. Aktuella skador innebär att
skadorna är inte behandlade än eller väntar på behandling (data hämtat från BaTMAN,
februari 2011).
Länskoder för hela riket Samt indelning per region enligt Trafikverket.
Sveriges samtliga län har något som kallas länskod, se tabell 4.1-1. Emellertid är
länskoderna fördelade mellan Trafikverkets sex olika regioner som förvaltar de, se karta
4.1-1 och dess fördelning enligt tabell 4.1-2.
4.
I
NVENTERING
12
Karta 4.1-1: Trafikverkets region fördelning.
Tabell 4.1-2: Länskoder per region.
Region
Nr
NORD
24, 25
MITT
20, 21, 22, 23
STHLM
1, 2, 9
SYD
6, 7, 8, 10, 11, 12, 16
VÄST
13, 14, 15, 16, 17
ÖST
3, 4, 5, 18, 19
4.2
R
ESULTAT
4.2.1
A
NTAL BROAR
13
Kommentar:
Län 24 har flest antal broar med betong som farbana, 7,1%, och även flest broar med
direktgjuten slitbetong, 1,1%. Tittar man regionsvis så har region väst flest broar med
betong som farbana, 23,1%, men region nord har flest broar med direktgjuten
slitbetong, 1,5%, fem broar fler än region mitt som ligger på tredje plats med antal broar
med betong som farbana.
Region sthlm som har länskoderna 1,2 och 9 är även det län som har minst broar med
betong som farbana, 8,0%. Solna stad, Järfälla-, Botkyrka-, Nacka kommun med flera som
tillhör län 2 har näst flest broar med betong som farbana. Alla broar med direktgjuten
slitbetong, vilket är 12 stycken, som tillhör region sthlm finns i län 2.
Diagram 4.2.1-1: Antal broar per län.
4.
I
NVENTERING
14
Diagram 4.2.1-2: Antal broar per region
4.2.2
B
ROYTA
&
K
ONSTRUKTIONS LÄNGD
Diagram 4.2.2-1 och 4.2.2-2 visar broytor och konstruktionslängder i olika intervaller
hos respektive region.
Kommentar:
Enligt diagram 4.2.2-2 är de flesta broarna i intervallet mellan 0-30 meters spännvidd.
Under det intervallet finns 8691 broar med betong som farbana och 376 stycken av dem
är broar med direktgjuten slitbetong. Nästa intervall, 31-61 meters spännvidder, har
1592 broar med betong som farbana och 111 broar av dem har direktgjuten slitbetong
som farbana. De återstående 1305 broarna med betong som farbana finns fördelade
över resterande intervallerna där 60 broar av dem har direktgjuten slitbetong som
farbana.
För broytor, se diagram 4.2.2-1, är ytor mellan 0-400m
2överrepresenterade. Dit tillhör
9277 broar av de totala 11588 broarna med betong som farbana. Även större delen av
broar med direktgjuten slitbetong finns där, 461 broar av totalt 547 stycken broar.
Nästa intervall innehåller 1385 broar med betong som farbana och 54 av dem har
direktgjuten slitbetong som farbana.
0%
2%
4%
6%
8%
10%
12%
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
NORD
MITT
STHLM
SYD
VÄST
ÖST
15
Diagram 4.2.2-1: Broytor i olika intervaller.
Diagram 4.2.2-2: Konstruktions längder i olika intervaller.
4.
I
NVENTERING
16
Enligt tabell 4.2.2-1 redovisas det maximala, minimala och den totala
konstruktionslängden respektive broyta per region.
Tabell 4.2.2-1: Max/Min/Total Broyta och K-längd per region i brofarbanor i betong respektive direktgjuten
slitbetong.
Brofarbanor i betong
Direktgjuten
slitbetong
NORD
MITT
STHLM
SYD
VÄST
ÖST
Totalt
Slitbetong
%
Max K-längd [m]
966,5
1 488,9
751,2
6072
1 712,5
1 161,1
470
Min K-längd [m]
2,3
2
2,9
2,4
2
2,3
3,3
Tot. längd [m]
44 900,7
71 772,2
44 010,1
55 211,5
85 794,7
54318
356 007,2
19 259,1
5,4
Max Broyta [m
2]
12460
17471
10231
78321
39890
10330
5570
Min Broyta [m
2]
6
8
16
9
6
13
23
Tot. Broyta [m
2]
401818
674595
645775
655691
1027380
597715
4002974
163 437,5
4,1
4.2.3
N
YBYGGNADS ÅR
Byggnadsår för broar med farbanor i betong och antalet av de som har direktgjuten
slitbetong som farbana. Redovisningsåret startar från 1770, detta på grund av att bro
”13-10-1 Bro över Lagans norra gren vid Laholm” är byggd år 1774. Bron hade inte
direktgjuten slitbetong som farbana i början men har fått det efter reparation och
upprustning av bron. Detta kan även gälla andra broar.
Fokusering sker för detta examensarbete broar som är byggda i ”modern tid”, mellan
1980-2011. Det motsvarar 4198 broar med betong som farbana där 234 av dem har
direktgjuten slitbetong som farbana. Dessa broar anses vara broar som är byggda med
direktgjuten slitbetong som första vals beläggning, medans de tidigare broarna har fått
det som ett efterval vid reparation.
17
Kommentar:
De flesta broar med direktgjuten slitbetong som farbana är byggda under år 1980-2000
då användningen av denna metod slog in i branschen. Det ledde även till att flertalet
broar under 1938-1958 som var då under renoveringstid fick direktgjuten slitbetong
som farbana då de tidigare haft något annat alternativ som farbana. Totalt rör det sig om
144 broar under denna period. Av dem finns 32,6% i region mitt och 20,8% i region
nord och bara en bro från den perioden i region stockholm. Takten på användningen av
dirktgjuten slitbetong som farbana höll sig i framkanten. Detta visar resultatet från år
2001-2011, som är hälften av de andra intervallerna, har man redan byggt 83 broar med
direktgjuten slitbetong på tio års period jämfört med under hela 1980-2000 talet då
man byggde 151 broar med direktgjuten slitbetong. I de senaste åren har de flesta
direktgjutna broar byggts i region nord, 49,4 % medans det har byggts 24,1 % i region
mitt.
Diagram 4.2.3-1: Broar byggda från 1770-2011 per region.
4.
I
NVENTERING
18
Kommentar:
Under år 1980 -2000 byggdes flest broar i region syd men under år 2001-2011 byggdes
det betydligt mycket mer i region väst än de övriga regionerna. Tittar man i diagram
4.2.3-3 så är det bara 5,6% av broarna som har direktgjuten slitbetong som första
beläggningsval.
Diagram 4.2.3-2: Broar byggda mellan år 1980-2011.
Diagram 4.2.3-3: Broar med betong som farbana respektive direktgjuten slitbetong.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
A
n
ta
l b
ro
ar
[s
t]
1980 - 2000
2001 - 2011
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Betong som farbana
Direktgjuten slitbetong som farbana
19
4.2.4
A
KTUELLA SKADOR
4.2.4.1 Aktuella skadornas typ
I diagram 4.2.4-1, presenteras vilken typ av skador som finns på broar med direktgjuten
slitbetong som farbarna. För detta examensarbete är sprickskador mest intressanta,
vilket är tio broar av totalt 48 broar med skador.
Kommentar:
Sprickskador är skador som orsakas främst av krympning eller vid dålig vidhäftning.
Därför är sprickskador de mest intressanta för detta examensarbete. För att förhindra
sprickskador bör man minimera betongkroppens krympning, vilket tas upp under
kapitlet 5.
Diagram 4.2.4-1: Aktuella skadetyp.
4.
I
NVENTERING
20
4.2.4.2 Skadorna per Länskod/Region
Samtliga län har inte aktuella skador, därför redovisas det endast de län som har skador
i diagram 4.2.4-2 och regionsvis i diagram 4.2.4-3.
Kommentar:
Län 24 har flest aktuella skador per län, vilket motsvarar 25% (12 stycken). Av dem är
fyra stycken sprickskador. Undersöker man regionsmässigt så har region nord flest
aktuella skador, 35,4% (17 stycken), där sju av dem är sprickskador. Region mitt som
har däremot 33,3% (16 stycken) aktuella skador har ingen sprickskada inblandad i sina
skador. De resterande tre stycken sprickskador hamnar hos region syd, väst och öst en
vardera.
21
Diagram 4.2.4-3: Aktuella skador per region.
4.2.4.3 Skador per Broyta & Konstruktionslängd
Diagram 4.2.4-4 och 4.2.4-5, visar inom vilket intervall de flesta aktuella skadorna finns,
broyta respektive konstruktions längd.
Kommentar:
Enligt diagram 4.2.4-4 finns 40 stycken av de aktuella skadorna i intervallet 0-400m
2.
Åtta av dem är sprickskador. De andra två sprickskadorna finns i intervallen 401-801m
2,
som har totalt fem aktuella skador. Resterande tre aktuella skadorna återfinns i
resterande intervallerna.
När det gäller längd intervallerna, diagram 4.2.4-5, finns nio av de totala tio
sprickskadorna i intervall 0-30m. Den sista sprickskadan finns i intervall 93-123 meters
spännvidden. Ingen av sprickorna har troligen någon koppling till verken längden på
bron eller broytan.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
NORD
MITT
STHLM
SYD
VÄST
ÖST
4.
I
NVENTERING
22
Diagram 4.2.4-4: Aktuella skador per broyta.
Diagram 4.2.4-5: Aktuella skador per konstruktionslängd.
23
4.2.4.4 Skador efter nybyggnad
Diagram 4.2.4-6 visar under vilka år de flesta aktuella skadorna finns
överrepresenterade.
Kommentar:
De flesta aktuella skadorna förekommer mellan år 1980-2000, helt enkelt beroende på
att de flesta broar med direktgjuten slitbetong som farbana är byggda under dessa år, se
diagram 4.2.3-1. Av de 24 aktuella skadorna som förekommer under år 1980-2000 är
endast sex stycken sprickskador. De resterande fyra sprickskadorna finns mellan år
1938-1958, även det är det året som hade näst flest direktgjuten slitbetong som farbana.
Diagram 4.2.4-6: Aktuella skadetyp per år.
4.2.4.5 Skador inom Region nord & mitt
Enligt inventeringen hade Region nord och mitt flest aktuella skador på deras broar med
direktgjuten slitbetong som farbana. Därför har en jämförelse gjorts mellan dessa
regioner som redovisas i diagram 4.2.4-7.
4.
I
NVENTERING
24
Kommentar:
Region nord har 170 stycken broar med direktgjuten slitbetong som farbana. Sjutton
stycken av dem har aktuella skador, vilket motsvarar 10% av broarna i regionen. Men
bara 4,1% är sprickskador.
För Region mitt som har 144 broar med direktgjuten slitbetong som farbana har 16
stycken av de aktuella skador, vilket motsvarar 11,1 % i regionen men inga
sprickskador. Region öst har lika mycket procentuellt, 11,1 % men en sprickskada i sin
lista. Vidare har region syd och väst också lika mycket procent, 14,3 % medans region
Stockholm har noll procent aktuell skada i sin region.
Diagram 4.2.4-7: En jämförelse av aktuella skador mellan Region Nord och Mitt.
4.2.5
I
NTERVJU
25
Under goda exempel fick man respons om att man ska se till att vidhäftningen blir bra,
då är slitbetong överlägens isolering då livslängden är mycket bättre. Om man även
gjuter cirka 5-10 mm tjockare och fräser ned ytan i efterhand blir farbanans yta väldigt
jämn.
Det som framkom som mindre bra är att ojämna ytor som ser väldigt jämna ut under
gjutningen kan även kännas ojämnt då man kör över med fordon. Detta på grund av att
konsistensen av betongen gör det svårt att få till jämnheten på ytan så bra som möjligt.
Det leder även i sin tur till att slitbetongen inte klarar av jämnhetsprovet.
Jämnhetsprov eller jämnhetsmätning som det ibland kallas gör man i längs- och tvärled
på brons farbana. Kontrollen görs slumpmässigt över ytan, dock en halv meter från
kantkrön och vägmitt, med en tre meters rätskiva, se figur 4.2.5-1. Sedan mäter man
horisontella avvikelser från det ena stödbenet till det andra över punkten A, B och C.
Kravet är att man ska göra 15 mätningar där av tolv av de mätningarna måste vara
godkända. För jämhetsklass 3 ser kravet ut enligt tabell 4.2.5-1.
Figur 4.2.5-1: Tre meter rätskiva.
Tabell 4.2.5-1: Jämnhetskrav klass 3.
Jämnhetsklass
A och B
C
A-C eller B-C
5. Effekten av krympning
26
5.
E
FFEKTEN AV KRYMPNING
Kapitlet behandlar fenomenet krympning hos betong. Kapitlet tar upp allmänt om
krympning och dess olika beteenden. Temperaturen och relativa fuktighetens påverkan,
som är viktiga faktorer vid krympning, tas även upp. Till slut görs en teoretisk beräkning
av krympning hos betong och resultatet redovisas under kapitlet ”Resultat”.
5.1
A
LLÄMNT OM KRYMPNING
Krympning är motsatsen till svällning, vilket innebär en materialrörelse av volym- eller
längdminskning, (Burström, 2007). Krympningsprocessen kan ske på två sätt, fri
krympning eller förhindrad krympning. Fri krympning är då materialrörelsens
volym-eller längdminskning får ske i oförhindrat homogent och samtidigt utan någon inre volym-eller
yttre mothållande krafter. Däremot om det finns ett annat material i betongen med
andra krympegenskaper, vilket orsakar inre motstånd, eller andra sammansatta fasta
konstruktioner, som skapar yttremotstånd, då sker volym- eller längdminskningen i en
förhindrad krympning. Om förhindrad krympning sker, vilket inte är önskvärt, leder
den oftast till att betongen spricker på grund av volymminskningen och de mothållande
krafterna. Vid en förhindrad krympning kan det antingen bildas små mikrosprickor
genom hela materialet eller en stor spricka vid ett svagt parti (Hansson & Lindström,
2008). Krympning kan även ge kantresningar och upphov till långsamma deformationer,
t ex av plattor eller brobågar. I det senare fallet kan stora tvångskrafter uppstå vid
statiskt obestämda konstruktioner (Betonghandboken, 1997)
Orsaken till att krympning är ett ganska komplex ämne är att det finns flera mekanismer
som är inblandade, (Carlswärd, 2006). Dock kan man säga att största orsaken till
krympningen beror på förlusten av vatten vid avdunstningen från materialet.
Avdunstningen i sig beror därefter på materialet, temperaturen, relativa luftfuktigheten
i området och betongkroppens storlek och form.
27
5.2
O
LIKA KRYMPNINGS BETEENDE
5.2.1
P
LASTISK KRYMPNING
Plastisk krympning är den krympningen som sker hos betongmassan de första
timmarna efter gjutning, då betongen är fortfarande i plastiskt tillstånd. En snabb
uttorkning vid detta stadie orsakar sprickbildning, krympsprickor eller torksprickor,
(Juthage, 2005). Tidig sprickbildning orsakad av plastisk krympning påverkar i hög grad
konstruktionens livslängd och är den farligaste krympningen, då den oftast är den
största, (Hansson & Lindström, 2008). För att undvika sådana krympsprickor bör
betongen täckas med plast eller vattensprutas med jämna mellanrum och efter
väderförhållanden som råder i området.
5.2.2
U
TTORKNINGSKRYMPNING
Krympningen som sker efter att betongen har stelnat kallas för uttorkningskrympning.
Uttorkningskrympningen av betong är nära relaterad till förändringen av relativa
fuktigheten, RF, i betongen på grund av avdunstningen av vattnet från porerna,
(Carlswärd, 2006). Därför orsakas denna typ av krympning av fuktavgången från
betongen till omgivningen. Uttorkningskrympningen är en långsam krympnings process
som tar en längre period, oftast i flera årtal, men når till slut ett slutvärde, (Jones & Stål,
2007).
5.2.3
A
UTOGEN KRYMPNING
Då den krympning som sker i ett tidigt skede är en plastisk krympning kommer den att
övergå till autogen krympning, självkrympning. Den autogena krympningen börjar ett
dygn efter gjutning och äger rum tills betongen når en fullständig hållfasthet, (Jones &
Stål, 2007). Hos en autogen krympning sker oftast krympningsförloppet till följd av den
kemiska processen mellan cement och vatten mängden i betongmassan. Därför sker
krympningen i huvudsakligen utan utbyte av vatten med omgivningen, det vill säga den
sker i ett förseglat system, (Juthage, 2005).
5. Effekten av krympning
28
5.3
T
EORETISKT BERÄKNINGS MODELL FÖR KRYMPNING
För att kunna göra en teoretisk beräkningsmodell, följs modellerna i betong handboken
(BHB) och Högpresterande betong (HPB) kapitel 15 respektive 10. Specifika ekvationer
som används för att komma fram till resultaten i kapitel 4.5 redovisas här nedan.
5.3.1
B
ETONG RECEPT
&
D
IMENSION PÅ PROVKROPP
.
All beräkning görs för prov kropp med dimension enligt figur 5.3-1. Betong receptet som
beräkningarna utgår ifrån är redovisat i tabell 5.3-1.
Figur 5.3-1: Dimensionen hos provkroppen.
Tabell 5.3-1: Betong recept.
Betong recept
Betong:
Saltfrostbeständig
slitbanebetong
Betong klass:
C 35/45
d
max:
16 mm
S3
Vct
max:
0,4 Anl. cement
Cement, [ c ]:
430 kg/m
3Grus 0/8:
56 %
Sten 8/16, kulkvarsvärde < 9 :
44 %
Vattenhalt, [ W ]:
172 kg/m
3Flyttillsats, Sikament 5650 Ca. 2,4
29
5.3.2
K
RYMPNINGSMODELL ENLIGT BETONGHANDBOKEN
,
BHB
Först räknas
ut enligt ekvationerna nedan.
50
3
)
(
t
t
t
t
t
s s t
(1)
Där
fås med hjälp av ekvation (2):
s T m s refh
k
t
t
2 5015
,
0
(2)
Samt
och
enligt ekvation (3) respektive ekvation (4):
293 1 273 1 5000273
293
T Te
T
(3)
3d
<
för t
82
,
1
3d
för t
28
4
,
0
6
,
0
s s
s St
(4)
För
gäller:
(5)
räknas ut enligt ekvation (6) och
enligt ekvation (7):
5. Effekten av krympning
30
3 3 010
215
W
s
(7)
Där av blir krympningen efter betonghandboken enligt ekvationen (8):
(8)
5.3.3
K
RYMPNINGSMODELL FÖR AUTOGEN DEL ENLIGT HANDBOKEN FÖR
HÖGPRESTANDARDBETONG
,
HPB
HPB tas den autogena krympningen fram enligt dessa två ekvationer (9) och (10).
3 0
0
,
68
1
,
37
10
B
W
s
(9)
3 , 0 0 1)
(
0 s s t t t st
e
(10)
För att sedan resultera till ekvation (11):
)
(
)
(
0 0 0t
s st
cs
(11)
5.3.4
TOTALA
KRYMPNINGEN
För att kunna få fram den totala krympningen adderas ekvation (8) och (11) :
tot
cs
s0cu
