Ingjutna kylrör i en
simbassängkonstruktion
En fallstudie om kylningens påverkan på temperatursprickbildningen
Sara Persson
Examensarbete
Huvudområde: Byggnadsteknik GR (C) Högskolepoäng: 15.0 hp
Termin/år: VT2020
Handledare: Susanne Lindström Examinator: Lars-Åke Mikaelsson Kurs kod: BT024G
Utbildningsprogram: Byggingenjör hållbart byggande
Sammanfattning
Beståndsdelarna som bildar betong är ballast, cement, vatten och ibland olika tillsatsmedel och tillsatsmaterial. När betongen blandas startar hydratationen som leder till att cementpastan expanderar och värme frigörs. Hydratationshastigheten avtar med tiden vilket gör att cementpastan efter en viss mognad kommer kontrahera.
Dessa töjningsrörelser kan under olika omständigheter bidra till att sprickor uppstår.
Sprickorna kan begränsas eller elimineras med hjälp av olika åtgärder.
Genom redogörelse för hur ingjutna kylrör minskar risken för att temperatursprickor uppstår i ung betong vid uppförandet av en simbassängkonstruktion kan syftet uppnås. Rapporten avgränsas till den första och andra fasen i betongens hårdnandeprocess.
En fallstudie har genomförts där metoden innefattar en intervju och dialog med sakkunniga, läsning i rekommenderad litteratur från företaget samt observation av arbetet innan, under och efter gjutning. Datan har verifierats för att bibehålla korrekt information.
Förekomsten av sprickor påverkas av olika faktorer som betongreceptet, mängden armering och temperatur. En konstruktions geometri med planerade gjutetapper är också betydelsefull för minimering av sprickor.
Ingjutna kylrör fördelar temperaturen i betongkroppen för att undvika att en för hög temperaturdifferens uppstår mellan betongens kärna och yta. Detta gör att betongens inre delar inte kommer expandera lika mycket och skapa ett inre tvång, på grund av värmen som hydratationen bidrar till. Värmeutvecklingen för de olika delarna har registrerats med hjälp av temperaturmätare, vilka resulterade i olika diagram.
I simbassängen uppkom inte några temperatursprickor. Dock var det svårt att urskilja om det var på grund av det specifika betongreceptet som användes eller om
kylningen var den bidragande faktorn till resultatet.
Abstract
The elements that form concrete are aggregate, cement, water, and sometimes various additives. When the concrete is mixed the hydration starts, which causes the concrete to expand and heat is released. The rate of hydration decreases with time, which means that the concrete will contract after a certain maturity. These stretching movements can in various circumstances contribute to the formation of cracks. The cracks can be limited or eliminated by various measures.
By describing how molded cooling pipes reduce the risk of temperature cracks occurring in early age concrete during the construction of a swimming pool structure, the purpose can be achieved. The report is limited to the first and second phase of the concrete hardening process.
A case study has been conducted were the method concludes an interview and dialog with experts, reading in recommended literature from the company and observations of the work before, during and after the casting. The data has been verified to
maintain correct information.
The occurring of cracks is affected by different factors like the concrete recipe, the amount of reinforcement and the temperature. The geometry of the structure with planed casting phases are also significant for the minimizing of cracks.
Molded cooling pipes distributes the temperature in the concrete to avoid the occurrence of a too high temperature difference between the concrete core and surface. This means that the internal parts of the concrete will not expand as much and create an inner constraint, due to the heat to which the hydration contributes. The heat generation for the different parts has been recorded with the help of temperature meters, which resulted in different charts.
There were no temperature cracks in the swimming pool. However, it was difficult to distinguish whether it was because of the specific concrete recipe used or if cooling was the contributing factor to the result.
Förord
Denna rapport är slutprodukten av examensarbetet på högskoleingenjörsutbildningen byggingenjör – hållbart byggande vid Mittuniversitetet i Östersund. Examensarbetet har genomförts på avdelningen ekoteknik och hållbart byggande i samarbete med Peab Bygg Stockholm. Handledare var Susanne Lindström, avdelningen ekoteknik och hållbart byggande, och Erik Leander, arbetschef på Peab Bygg Stockholm.
Jag skulle vilja tacka mina handledare för den hjälp som ni bidragit med längst vägen.
Jag vill även rikta ett stort tack till arbetsledaren Petri Lindstedt som varit ett enormt stöd under hela arbetets gång. Jag skulle också vilja tacka Fredric Pettersson som bidragit med erfarenhet och information i intervjun. Jag skulle även vilja tacka hela arbetslaget som jag fått arbeta med på Medborgarhuset i Stockholm under
uppbyggnaden av simbassängen. Utan er hade jag inte kunnat göra detta arbete.
Vidare skulle jag vilja tacka min pappa som genom diskussioner hjälp mig att bygga upp denna rapport. Sist men inte minst vill jag rikta tacksamhet till min sambo som trott på mig och fått mig att färdigställa rapporten.
Sara Persson
Stockholm, juni 2020
I nnehållsförteckning
Sammanfattning Abstract
Förord
Termer och förkortningar
1. Introduktion ... 1
1.1 Betong ... 1
1.1.1 Cement... 1
1.1.1.1 Vattencementtal ... 2
1.1.2 Ballast ... 3
1.1.3 Vatten ... 4
1.1.4 Tillsatsmedel och tillsatsmaterial ... 4
1.1.5 Hållfasthetsutveckling ... 5
1.1.5.1 Betongens hårdnande ... 6
1.1.5.2 Värmeutveckling ... 7
1.1.6 Sprickor ... 7
1.1.6.1 Värmehärdningssprickor ... 8
1.1.6.2 Temperatursprickor ... 8
1.1.6.2.1 Kylning av betongen med hjälp av ingjutna kylrör ... 9
1.1.6.3 Krympsprickor ... 9
1.1.7 Simbassänger ... 10
1.1.8 Plats för fallstudien ... 11
1.2 Tidigare studier ... 12
1.3 Problemformulering ... 13
1.4 Syfte ... 13
1.5 Forskningsfråga ... 13
1.6 Avgränsningar ... 14
2. Metod ... 15
2.1 Urval ... 15
2.2 Litteratursökning ... 15
2.3 Datainsamling ... 17
2.4 Analys ... 17
2.5 Etiska överväganden ... 18
3. Resultat ... 19
3.1 Fallstudien, dialog med arbetsledaren ... 19
3.1.1 Betongsammansättning ... 19
3.1.2 Simbassängens geometri ... 20
3.1.3 Arbetsbeskrivning ... 21
3.1.4 Bilder från projektet ... 24
3.2 Intervju med betongspecialist ... 25
4. Diskussion ... 28
4.1 Metoddiskussion ... 28
4.1.1 Reliabilitet ... 29
4.1.2 Validitet ... 30
4.1.3 Generaliserbarhet ... 30
5. Slutsats ... 31
5.1 Praktiska rekommendationer ... 31
6. Förslag till fortsatta studier ... 32 Referenser
Bilaga I - Intervju
Bilaga II - Informerat samtycke och användning av personuppgifter
Termer och förkortningar
Hydratation – Reaktion mellan cement och vatten som bildar en fast massa, cementgel. Denna reaktion frigör värme.
Härdning – Betongens hårdnandeförlopp.
Karbonatisering – En kemisk process som innebär att koldioxiden i luften, med tiden, tränger in i betongen och reagerar med kalkstenen som finns i porvattnet.
Permeabilitet – Genomsläpplighet.
Temperaturstegring – Temperaturökning i betongen, sker vanligtvis i den andra fasen under betongens härdning.
Tvång – Mothåll av betongkonstruktionen. Kan vara från anslutande konstruktionsdelar eller av formen.
Töjningsrörelser – Volymändring i betongen. Sker under härdningsprocessen.
BBR – Boverkets byggregler
BBK – Boverkets handbok om betongkonstruktioner EKS – Europeiska konstruktionsstandarder
LA – Låg alkaliskt
MH – Moderate heating, moderat värmeutveckling SR – Sulfatresistens
1. Introduktion
I byggbranschen finns en mängd olika material som används i konstruktioner. Ett av dessa material är betong, vilket är vanligt inom bygg, - industri- och
anläggningsprojekt. Betong används vanligtvis i grundkonstruktioner men kan även användas i andra konstruktionsdelar såsom stommar och fasader. Detta betyder att betong har en stor roll inom samhällsbyggandet. (Olnhausen, 1994)
Betong är ett material som generellt sett har en hög tryckhållfasthet men dessvärre är draghållfastheten låg. Detta i samband med att det är ett relativt sprött material innebär att sprickor enkelt kan bildas i betongkonstruktioner (Esping, 2018). Flera faktorer påverkar sprickbildningen i betong. En faktor är rörelser förorsakade av betongen själv. Annars kan tvång, skillnader i temperatur och yttre last bidra till att sprickbildningen sker. (Petersons, 1994)
1.1 Betong
Betong är ett material som består av tre beståndsdelar, vatten, cement och
ballastmaterial. Dessa tre beståndsdelar bidrar med olika egenskaper till materialet.
Vatten och cement bildar tillsammans en cementpasta med egenskaper som ett lim och påverkar betongens hållfasthet. Kvoten mellan andelen vatten och andelen cement kallas vattencementtal, vct, och har stor betydelse för betongens egenskaper.
Ibland är tillsatsmedel och tillsatsmaterial också en komponent i betong för att förbättra vissa egenskaper. (Almssad, 2015, s. 23)
Då materialets draghållfasthet är låg används ofta armering i betong eftersom denna har en förstärkande funktion. Armeringen tar upp olika krafter som sträck-, tryck-, och skärkrafter samt förhindrar sprickbildning. Det är därför viktigt att betongen och armeringen samverkar så att betongen i huvudsak tar upp tryckkrafterna och
armeringen tar upp dragkrafterna. (Almssad, 2015, s. 48) (Svensk byggtjänst, u.å.)
1.1.1 Cement
Cement är ett pulver bestående av klinkermaterial och gips. Cement är ett hydrauliskt bindemedel vilket innebär att cement i en reaktion med vatten bildar en hård massa som är beständig mot vatten. (Johansson S E, 1994, s. 33)
Det finns olika cementtyper som på kemisk nivå har olika sammansättningar. Detta innebär att reaktionerna blir olika och därmed även betongens egenskaper. Det som skiljer sig från de olika cementtyperna är andelen klinkermaterial som finns i cementet men även vilka huvudbeståndsdelar som tillsammans bygger upp cementet.
(Johansson S E, 1994, s. 41)
Enligt EN 197–1:2000 kan cementtyperna delas in i fem huvudtyper. Under dessa huvudgrupper delas cementet sedan in i underkategorier beroende på vad de innehåller för olika bindemedel. Exempelvis kan ett sammansatt portlandcement
innehålla rent portlandcement i en blandning med kalksten. Då får cementet ytterligare en beteckning, A-LL i detta fall. (Johansson S E, 1994, s. 41) CEM Ⅰ: Portlandcement
CEM Ⅱ: Sammansatta portlandcement CEM Ⅲ: Slaggcement
CEM Ⅳ: Puzzolancement CEM Ⅴ: Kompositcement
Utöver dessa huvudgrupper delas cement även in i hållfasthetsklasser.
32,5 N / R 42,5 N / R 52,5 N / R
N står för normal hållfasthetsutveckling och R står för tidig hållfasthetsutveckling.
(Johansson S E, 1994, s. 41)
Det vanliga byggcementet i Sverige har beteckningen CEM Ⅱ/A-LL 42,5 R. Det är ett sammansatt portlandcement, portland-kalkstencement, som har en tidig
hållfasthetsutveckling. Kalkstenen fungerar som finkornig filler vilket gör att detta cement har en långsammare värmeutveckling än rent portlandcement. I jämförelse med anläggningscement har dock byggcementet en snabb värmeutveckling.
Anläggningscementet har beteckningen CEMⅠ42,5 N SR 3 MH/LA. Detta med innebörden att det är ett portlandcement med normal hållfasthetsutveckling.
Cementet har dock ytterligare krav på sulfatresistens (SR), långsam värmeutveckling (MH) och låg alkalihalt (LA).
Sulfatresistent portlandcement används när betongen skall vara beständig mot höga halter sulfater från omgivande vatten eller mark. Detta cement innehåller en låg halt av aluminat som motverkar reaktionen som normalt uppstår när det kommer i kontakt med sulfat. (Johansson S E, 1994, s. 35)
Klinkermineralet belit bidrar till en långsam värmeutveckling för cementet. Genom att minska värmeutvecklingen reduceras risken för att temperatursprickor uppstår.
(Johansson S E, 1994, s. 35)
Lågalkaliskt portlandcement används om en konstruktion kommer utsättas för fukt.
Detta för att ballastmaterialet ibland kan reagera med fukt och cementets alkali, vilket resulterar i svällande reaktionsprodukter som medför sprickbildning och nedsatt beständighet. Genom att minska halten av alkali i cementet minskas även risken för att denna reaktion uppkommer. (Johansson S E, 1994, s. 35)
1.1.1.1 Vattencementtal
Vattencementtalet, vct, är beteckningen för andelen vatten i förhållande till andelen cement i betongen. Beräknas ett värde för vct fås ett resultat på hur stark
cementpastan är och vidare betongens hållfasthet. (Almssad, 2015, s. 23)
Om vattencementtalet är lågt kommer cementkoncentrationen att öka vilket leder till en ökad hydratationshastighet. Efter något dygn är förhållandet dock omvänt, att hydratationshastigheten minskar med ett lägre värde på vct. Detta beror på att i samband med hydratationen kommer permeabiliteten att minska vilket försvårar för vattnet att nå cementkornets oreagerade yta och därmed bilda mer gelpartiklar.
(Fagerlund, 1994a, s. 283)
1.1.2 Ballast
Ballast är ett samlingsnamn på bergartsmaterial som används vid tillverkningen av betong. Genom en petrografisk undersökning kan olika materials lämplighet som ballast i betong kontrolleras. Undersökningen går ut på att studera vilka bergarter och mineral som ballasten innehåller samt hur uppbyggnaden ser ut. (Johansson L, 1994, s. 69–70) De vanligaste bergarterna i Sverige är granit och gnejs, vilka i regel är lämpliga som ballastmaterial. Bergarter som är porösa, lösa och förvittrade som exempelvis opalhaltig flinta eller deformerad kvarts fungerar inte att använda som ballast i en betong, detta beror på att dessa bergarter är reaktiva mot alkali som finns i cementet.
Betongens sammansättning påverkas bland annat av ballastens gradering, fillerhalt, slamhalt och maximal kornstorlek. Dessa egenskaper påverkar betongens
sammansättning på olika sätt. (Johansson L, 1994, s. 71)
Graderingen har en betydande roll när det gäller betongmassans stabilitet och arbetbarhet. Med arbetbarheten avses den lätthet som betongmassan kan fylla ut formen och omsluta armeringsstängerna samt dess förmåga att förbli homogen under blandning, transport och gjutning. Stabiliteten karaktäriserar betongmassans tendens att inte separera, det vill säga dess förmåga att inte låta de tyngre partiklarna sjunka och få vattnet med de finare partiklarna att stiga till ytan. (Johansson L, 1994, s. 72) Dessa två parametrar kontrolleras och provas genom betongmassans konsistens.
Konsistensen kan mätas på olika sätt, vanligast är att ta betongmassans sättmått eller utbredningsmått.
En ökning av kornstorleken medför en minskning av graderingskurvan som i sin tur minskar vattenbehovet. Minskar vattenbehovet resulterar det i en reduktion av vct, vilket innebär att andelen cement blir högre och likaså hållfastheten. Den optimala kornstorleken beror på cementhalten eftersom cementpastan ska binda samman ballasten och samtidigt få den att flyta vilket regleras i kornstorleken. (Johansson L, 1994, s. 71–75)
Andelen ballast, fillerhalten, har betydelse för den färska betongens egenskaper när det gäller sammanhållning och vattenseparation. Denna har även en påverkan på betongens hållfasthet. Genom att minska slamhalten förbättras hållfastheten och frostbeständigheten. Detta för att stora mängder finkornigt material kan försämra
betongens kvalitet. Slammet avser de partiklar med en diameter mindre än 0,074 mm och mäts vanligtvis på del av ballasten vars diameter inte överskrider 8 mm.
(Johansson L, 1994, s. 75–76)
Kornform och ytbeskaffenhet har betydelse för vattenåtgången men även för den färska betongens egenskaper. Rundade korn ger ett mindre vattenbehov än korn med vassa hörn, även kallat krossmaterial. Vanligtvis ger ett mindre vattenbehov en högre hållfasthet, men i detta fall är det kornformen som bestämmer vilket alternativ som ger högst värde på hållfastheten, vilket är betong med ballastmaterial av kross.
(Johansson L, 1994, s. 78)
1.1.3 Vatten
En av beståndsdelarna som bildar betong är vatten. Vatten används för tre olika ändamål i betongtekniken; som blandningsvatten, som härdningsvatten och som spolvatten. För samtliga ändamål finns olika kvalitetskrav som vattnet i varje enskilt fall måste uppfylla. (Klingstedt, 1994, s. 95) I regel kan vanligt dricksvatten uppfylla samtliga krav.
I betongens färska tillstånd består cementpastan av cement och blandningsvatten som senare i betongens hårdnande tillstånd bundits samman i en kemisk reaktion till en hård massa. Den fasta massan består dels av det kemiskt bundna vattnet som reagerat under hydratationsprocessen och dels av porer. Porerna i den fasta massan kan vara luftfyllda eller vattenfyllda. (Fagerlund, 1994a, s. 301)
I ung betong är andelen kapillärporer stor i jämförelse med härdad betong.
Kapillärporerna hänger samman och bildar ett system där permeabiliteten är hög.
Detta eftersom cementgelen inte bundit samman under den tiden som betongen fortfarande anses vara ung. Allteftersom hydratationen fortskrider växer cementgelen ut i kapillärporerna och vid en viss hydratationsgrad kommer det genomgående systemet att blockeras av gelen. (Fagerlund, 1994a, s. 277)
1.1.4 Tillsatsmedel och tillsatsmaterial
För att ändra eller modifiera vissa av betongens egenskaper kan olika tillsatsmedel användas. Ett tillsatsmedel kan vara accelererande vilket innebär att oorganiska salter tillsätts i betongen för att påskynda tillstyvnadsförloppet och därmed även
hållfasthetstillväxten. (Byfors, 1994, s. 105–106) Ett annat tillsatsmedel kan vara retarderande. Ett retarderande tillsatsmedel är ofta lättlösliga organiska salter som verkar för att fördröja betongens tillstyvnande och tidpunkten som
hållfasthetstillväxten skall börja. (Byfors, 1994, s. 108) Det finns även
vattenreducerande tillsatsmedel som kan användas när en lägre vattenhalt efterfrågas fast med samma konsistens. Flyttillsatsmedel fungerar på ett liknande sätt som ett vattenreducerande, genom att den påverkar vattenbehov och konsistens. (Byfors, 1994, s. 111–114) Det finns även luftporbildande tillsatsmedel. Dessa används främst för att göra betongen mer frostbeständig men även för att förbättra gjutbarheten.
(Byfors, 1994, s. 116)
Vid tillverkning av vissa cementtyper används tillsatsmaterial. (Ljungkrantz et al., 1994a, s. 124) Det innebär att en del av cementet byts ut mot ett annat material. Dessa tillsatsmaterial bildar tillsammans med cementet betongens bindemedel.
Portlandcement är ett hydrauliskt material vilket innebär att en hård massa bildas när materialet kommer i kontakt med vatten. Puzzolana material är bland annat silikastoft och flygaska, som endast reagerar och hårdnar vid närvaro av vatten och upplöst kalciumhydroxid. Latent hydrauliska material exempelvis mald granulerad masugnsslagg behöver utöver vatten en alkalisk aktivator för att kunna binda och hårdna. (Ljungkrantz et al., 1994a, s. 123–124)
Silikastoftinblandning förbättrar betongens kohesion och stabilitet. Detta innebär att stenseparation minskas och vattenseparation reduceras. I och med detta ökar dock betongens benägenhet för plastisk sprickbildning. Silikastoftinblandning ökar även betongens vattenbehov. För att de positiva effekter som silikastoft bidrar till skall kunna utnyttjas i praktiken behövs vattenreducerande- eller flyttillsatsmedel tillsättas i betongen. Dock fördröjs tillstyvnandet med inblandning av dessa tillsatsmedel, utan inverkan på hållfastheten efter 28 dygn. (Ljungkrantz et al., 1994a, s. 131–132)
Flygaskans effekter på betongen är liknande som för silikastoftets. Arbetbarheten, stabiliteten och pumpbarheten förbättras. Vattenhalten minskar i betongen med inblandning av flygaska. Vid inblandning av tillsatsmedel måste doseringsmängden öka för att erhålla avsedd effekt. (Ljungkrantz et al., 1994a, s. 137)
Vid inblandning av mald masugnsslagg kommer konsistensen att bli lösare vid oförändrad vattenhalt vilket bidrar till att arbetbarheten förbättras. Risken för vattenseparation minskar vid inblandning av slagg. Doseringsmängden av luftporbildande tillsatsmedel ökar med ökande slagghalt. Värmeutvecklingen för betong med inblandad slagg är låg under de första dygnen, vilket är fördelaktigt om gjutning av grova konstruktioner ska genomföras. Detta påverkar i sin tur att hållfasthetsutvecklingen som också är långsammare under de första dygnen. Vid högre ålder blir hållfastheten högre för betong med slagg. Detta eftersom det oftast är ett högre värde på vct i dessa betongsammansättningar. (Ljungkrantz et al., 1994a, s.
142–143)
1.1.5 Hållfasthetsutveckling
Hållfasthetsutvecklingen är viktig för den härdande betongen och beror på en mängd olika faktorer som exempelvis temperaturförloppet, tid, betongens ingående
komponenter och uttorkning. Utifrån tiden och temperaturen kan betongens mognad bestämmas vilket ger en bild av betongens hållfasthet. (Burström, 2007)
Vid högre temperaturer ökar hållfastheten snabbare och vid lägre temperaturer är förhållandet det omvända. Detta kan jämföras med betongens mognad.
Tryckhållfastheten hos betongkroppen ökar successivt med ökad mognad.
Tryckhållfastheten vid en viss ålder beror på cementtyp, temperatur och härdningsförhållande. (Almssad, 2015, s. 31)
Den kemiska reaktionen mellan cementet och blandningsvattnet börjar direkt vid vattentillsatsen. Reaktionen innebär att vattenmolekylerna byggs in i
klinkermineralen som tillsammans bildar gelliknande partiklar vilka bygger ett tunt lager gel runt cementkornen. Denna process fortsätter tills dess att alla
klinkerkomponenter hos cementet har reagerat med blandningsvattnet. Gelskiktet runt cementkornen ökar i tjocklek i samband med reaktionsprocessen vilket innebär att det blir trögare för vattnet att tränga igenom cementgelen. Därför avtar reaktionen med tiden. (Fagerlund, 1994a, s. 276–277)
När en viss tid passerat kommer till slut hydratationsprodukterna bindas samman och därmed får betongen en viss styrka. Med minskat vct och ökad cementarea kommer bindetiden att avta, detta eftersom avståndet mellan cementkornen då är mindre.
(Fagerlund, 1994a) Från tiden då blandningsvatten tillförs i cementet tills dess att alla klinkerkomponenter binds samman med vattenmolekyler sker denna
hållfasthetsutveckling. (Ljungkrantz et al., 1994b)
1.1.5.1 Betongens hårdnande
Betongens hårdnandeförlopp kan jämföras med hållfasthetsutvecklingen som delas in i fyra faser.
Figur 1. Schematisk bild över faserna för betongens hårdnandeprocess. (Ljungkrantz et al., 1994b, s. 249)
Fas ett: Färsk betong. Under den första fasen sker ett visst tillstyvnande, detta påverkar dock inte formbarheten eller arbetbarheten. (Johansson A & Petersons N, 1994)
Fas två: Ung betong. Under fas två börjar betongen att hårdna som reaktion från hydratationen. De stora förändringarna i betongegenskaperna sker under denna fas och i regel ofta snabbt. Betongen är känslig för uttorkning, temperaturpåverkan och
belastning eftersom dessa faktorer påverkar betongegenskaperna och likaså risken för sprickbildning. (Ljungkrantz et al., 1994b, s. 250)
Fas tre: Hållfasthetstillväxten. Den stora hållfasthetstillväxten äger rum i denna fas.
De mekaniska egenskaperna förbättras och betongen har i princip ett funktionssätt som påminner om den hårdnade betongens. (Ljungkrantz et al., 1994b, s. 250)
Fas fyra: Hårdnad betong. Den sista fasen uppnås normalt efter 28 dygn och används som norm då betongen har uppnått full hållfasthet. (Möller, 1992, s. 353)
1.1.5.2 Värmeutveckling
När cement kommer i kontakt med vatten frigörs värme. (Johansson S E, 1994, s. 52) En betong med lågt vct förväntas ge en högre värmeutveckling än vad betong med högre vct gör, eftersom cementhalten då är högre och därmed kan fler cementkorn reagera och mer värme kan frigöras. Med anledning av detta löper den en större risk för sprickbildning eftersom det blir en temperaturskillnad mellan betongens inre och yttre delar, mellan betongkroppen och anslutande konstruktionsdelar eller luften.
Värmen som frigörs från hydratationen medför att rörelser uppstår, vilka under olika förutsättningar bidrar till sprickor. (Persson, 1992, s. 6–7)
Anläggningscement har en lägre hydratationsvärme än vad byggcement har, enligt undersökningar som Jonasson (1994) utfört. Detta antas bero på att cementpastan är tätare i anläggningscementet och därmed fördröjs vattentransporten lokalt i betongen.
(Bernander et al, 1994, s. 553) Fördröjs vattnet kommer även reaktionen mellan cementkorn och vatten att fördröjas, vilket resulterar i att värmeutvecklingen kommer ske långsamt.
1.1.6 Sprickor
Temperturförloppet under hydratationen orsakar volymändringar i ung betong.
Dessa volymändringar kan under olika förutsättningar bidra till sprickor. (Petersons, 1994, s. 669)
Det är olika mekanismer som orsakar töjningsrörelser i betongen. Om den aktuella töjningen överskrider gränstöjningen kommer betongen spricka. Detta varierar med betongens ålder och med töjningshastigheten. Genom att använda rätt arbetsteknik som exempelvis detaljutformning och dimensioneringsmetoder kan sprickor
minimeras och begränsas eller elimineras helt under hårdnandet. Genom att begränsa sprickbildningen till en acceptabel nivå i den färdiga betongkonstruktionen, kan kraven gällande funktion och utseende fortfarande uppfyllas. (Petersons, 1994, s. 669)
Det finns olika spricktyper som förväntas uppträda en viss tid efter gjutning. Före betongens hårdnande kan brister i arbetsutförande bidra till sprickbildning i form av plastiska sättsprickor, plastiska krympsprickor, olika rörelsesprickor och
värmehärdningssprickor. Efter betongens hårdnande kan temperaturändringen i form
av avsvalning bidra till genomgående sprickor alternativt ytsprickor. När konstruktionen är färdig är orsaken till sprickorna omgivningens
temperatursänkning, krympning eller lastkoncentrationer. Sprickor kan även uppträda efter belastning och under brukstiden. (Petersons, 1994, s. 670)
1.1.6.1 Värmehärdningssprickor
Värmehärdningssprickor uppstår när betongen är nygjuten, det vill säga innan betongens egentliga hårdnande börjat ske. Vid värmehärdning uppstår inre sprickbildning som orsakar hållfasthetsförluster hos den hårdnade betongen.
(Petersons, 1994, s. 680)
För att eliminera dessa typer av sprickor kan bland annat en viss förhärdning ges innan värmehärdningen påbörjas. Syftet med värmehärdning är att påskynda
betongens hållfasthetstillväxt (Möller, 1992, s. 379), detta innebär att draghållfastheten ökar i betongen och därmed bättre förutsättningar att motstå dragspänningarna som uppstår i betongen under värmehärdningen. (Petersons, 1994, s. 680)
En annan åtgärd är att använda varm betong eller genom användning av slutna och styva formar som kommer förhindra betongen från att utvidga sig. (Petersons, 1994, s.
680)
1.1.6.2 Temperatursprickor
På grund av cementets värmeutveckling stiger temperaturen under betongens hårdnande. Detta i samband med att betongen mothålls (tvång) av anslutande konstruktionsdelar uppkommer tryckspänningar i betongkroppen, eftersom
cementpastan expanderar under hydratationen. Tryckspänningarna är dock små och de deformationer som uppkommer blir plastiska i och med att betongen fortfarande är ung. Upp till efter två dygn har betongen sannolikt nått sin högsta temperatur och börjar därför svalna. Mognadsgraden har ökat vilket leder till att elasticitetsmodulen är större än dess krypbenägenhet och vidare motsvaras sammandragningen nästan helt av elastiska deformationer. Tryckspänningarna kommer därför övergå till dragspänningar eftersom sammandragningen är förhindrad. Om draghållfastheten överskrids kommer sprickor att uppstå genom hela tvärsnittet. Ytsprickor uppstår således om sammandragningen är större i betongens yttre delar än i dess mittparti.
(Petersons, 1994, s. 674–675)
Den primära orsaken till sprickrisken är temperaturökningen. Parametrar som påverkar temperaturförloppet är betongkonstruktionens dimensioner, cementsort, cementhalt, tillsatsmedel, tillsatsmaterial, gjuttemperatur, temperaturförhållandena i omgivningen och i anslutande konstruktionsdelar samt formtyp, isolering, kylning, värmetillförsel. (Bernander & Emborg, 1992)
Temperatursprickor uppkommer som ytsprickor eller som genomgående sprickor.
För att begränsa eller eliminera genomgående sprickor bör skillnaden mellan
betongens maximala temperatur och omgivningens temperatur minimeras. En kombination av olika åtgärder kan vidtas samtidigt såsom att använda cement med låg hydratationsvärme, använda betong med låg cementhalt, använda färsk betong med låg temperatur, använda ingjutna kylrör för kylning av betongen, dela in konstruktionen i lämpliga gjutetapper samt anordna fogar. (Petersons, 1994, s. 682–
683)
1.1.6.2.1 Kylning av betongen med hjälp av ingjutna kylrör
Denna gjutteknik används normalt när risken för temperatursprickor uppstår i grova eller medelgrova konstruktioner. Gjuttekniken används för att minska de
temperaturskillnader som uppstår i betongkroppen. (Petersons, 1994, s. 683)
För att påverka temperaturförhållanden i en betong används en metod som innebär att en kylande vätska eller gas strömmar genom de ingjutna kylrören. Syftet med denna metod är att sänka värmen som hydratationen bidrar till, vilket innebär en reduktion av temperaturstegringen samt att avsvalningshastigheten minskar.
Metoden fungerar även mot sprickor som uppstår från ojämn temperatur i betongkroppen. (Bernander & Emborg, 1992)
Kylningen bör påbörjas redan under pågående gjutning och avbrytas när
temperaturmaximum är passerat, med en marginal på 5 grader. En snabb stegring av temperaturen följt av en långsam avsvalning är mest gynnsamt för att minimera sprickrisken. (Bernander & Emborg, 1992)
I och med avsvalningen kommer konstruktionen i samband med tvång att utsättas för dragspänningar. Genom användning av denna gjutteknik kommer dessa
dragspänningar att förskjutas till en tidpunkt då betongens draghållfasthet blivit större och därmed minskas risken för sprickbildning. (Bernander & Emborg, 1992)
Kapaciteten hos ett kylsystem är huvudsakligen beroende av centrumavståndet mellan kylrören men även skillnaden mellan betongens och kylvattnets temperatur.
Om centrumavståndet ökar, minskas systemets effektivitet eftersom kylrören då skall kyla en större yta. Normalt centrumavstånd brukar ligga mellan 0,5 och 1,5 meter. En annan sak som är av betydelse är rörets värmeledningsförmåga. Röret bör vara av stål eller annan metallegering med en diameter mellan 25 och 50 millimeter. (Bernander &
Emborg, 1992)
1.1.6.3 Krympsprickor
Krympning är de rörelser som uppstår i betongen som orsakas av vattenavgången i den hårdnade betongen. Det är främst en följd av cementpastans sammandragning när vattnet lämnar porsystemet. (Jonasson, 1994, s. 525) Kombinationen av krympning och mothåll orsakar sprickor. Mothållet kan komma från konstruktionens inre del som krymper mindre än ytan. Men även från angränsande konstruktionsdelar,
förankringar, stöd eller grund. (Petersons, 1994, s. 683)
En åtgärd som generellt används mot krympsprickor är att minska krympningens slutvärde och hastighet. Vattenhalten har en stor betydelse i krympningens slutvärde.
Genom att minska vattenhalten kommer även slutvärdet att minskas.
Krymphastigheten regleras genom uttorkningen, vilket innebär att en fördröjd uttorkning minskar hastigheten. (Petersons, 1994, s. 683–684)
1.1.7 Simbassänger
I Sverige finns omkring 450 offentliga badhus och merparten är byggda under 1960- och 1970-talen. Badhusen ansågs gynna folkhälsan då tillgången av vatten var begränsad i bostäderna. Idag har badhusen inte samma användningsområde som när de uppfördes. Då syftet för badhusen förändrats har även kraven på badhusen ändras.
Ändringen ställer högre krav på bland annat vattenkvalitet, reningsverk, konstruktion och exponeringsklass. (Norén et al., 2014)
Simbassänger är i en fuktig miljö vilket medför att högre krav ställs på konstruktionen. För att klassificera hur aggressiv omgivningen är för
betongkonstruktionen har begreppet exponeringsklass införts. Exponeringsklasserna är kategoriserade efter vilka angreppsmekanismer som finns i miljön där
konstruktionen kommer befinnas. (Svenskbetong, u.å.) De olika klassbeteckningarna är
XC: karbonatisering XD: tösalt
XS: saltvatten XF: frost XA: aggressiv
I Tabell 1 redovisas exponeringsklasserna med klassbeteckning XD, då det är under denna klass som simbassänger infaller.
TABELL 1. Exponeringsklasserna med klassbeteckning XD.
Exponeringsklass Beskrivning av exponeringen
Exempel
XD1 Måttlig fuktighet Luftburna klorider.
XD2 Våt, sällan torr Simbassänger.
Industrivatten med klorider.
XD3 Cykliskt våt och torr Broar med avisningssalt.
Beläggningar.
Parkeringshus.
Beständighet och täthet är de primära egenskaperna på betongkonstruktioner till vattenkraftsanläggningar och andra tyngre anläggningar. Detta eftersom
konstruktionerna utsätts för hårda klimatpåfrestningar som långvarig fuktbelastning och ofta då genom ensidigt vattentryck. (Fagerlund, 1989)
Betongens beständighet innebär förmågan som materialet har att motstå nedbrytningsprocesser från exempelvis den yttre miljön. En god beständighet eftersträvas i betongkonstruktioner för att motstå direkta angrepp i form av kemiska ämnen som bryter ner betongen och armeringen, frysning som spränger betongen eller koldioxid som får den att karbonatisera. (Fagerlund, 1994b, s. 711) Tätheten hänger ihop med beständigheten. Betongens täthet är förmågan som materialet har att förhindra att en vätska eller gas släpps igenom under tryck. (Nilsson, 1994, s. 515)
Korrosionsproblem i armeringen har visats uppstå i aggressiva miljöer där
förekomsten av klorider spelar en avgörande roll. Korrosionsrisken ökar med högre temperatur, klorider och fukt, vilka existerar i badhusmiljön (Norén et al., 2014).
Effekter av detta är att lastupptagningsförmågan hos armeringen minskar samt att risken för sprickor ökar. Ges god täthet och tillräckligt tjocka tätskikt förhindras korrosionen i armeringen. (Byfors & Tuutti, 1994, s. 785)
I SS-EN 1992–3:2006 (2006) står det att betongkonstruktioner dimensioneras för att uppfylla olika täthetskrav för att minimera vattengenomträngning och läckage, detta för att all betong släpper igenom små mängder av vätska och gas genom diffusion.
Beroende på täthetsklass och bärverkets funktion bör lämpligt gränsvärde väljas för sprickbildning. (SS-EN 1992–3:2006) Se kraven för de olika täthetsklasserna i Tabell 2.
TABELL 2. Kraven för de olika täthetsklasserna.
Täthetsklass Krav på täthet
0 Vätskeläckage är irrelevant eller så
accepteras visst läckage
1 Läckage bör begränsas. Vissa fuktfläckar
är tillåtna
2 Läckage bör minimeras. Utseendet får
inte försämras av fuktfläckar.
3 Inget läckage tillåts.
Om en konstruktion utsätts för ensidigt vattentryck skall den dimensioneras med avseende på täthetsklass 2 enligt SS-EN 1992:3. (Trafikverket, 2011, s. 89)
1.1.8 Plats för fallstudien
På Södermalm i Stockholm har Peab som uppdrag att renovera Medborgarhuset.
Detta är ett stort ROT-projekt med en ombyggnadsarea på 23 100 kvm (BTA). En del av ombyggnationen innebär att rusta upp badhuset. (Peab, u.å.) Under
uppbyggnaden av de nya simbassängerna har en speciell gjutteknik använts.
Gjuttekniken innefattar ingjutna kylrör vars uppgift är att bortföra hydratationsvärme under betongens hårdnande för att minska risken för sprickbildning. Under arbetes gång har det framkommit att denna gjutteknik är ovanlig vid gjutningar inomhus samt att den aldrig använts i en sådan konstruktion tidigare. (Lindstedt, 2020)
Entreprenadens samtliga material och arbetsutföranden skall vara förenliga med en mängd olika standarder och normer. Dessa bestämmelser hittas i föreskrifterna för
bassängkonstruktionen. Bestämmelser som Boverkets byggregler (BBR 23),
Europeiska konstruktionsstandarder (EKS 9) och Boverkets författningssamling (BFS 2014:3) är allmänna råd till Plan- och bygglagen (PBL) samt Plan- och
byggförordningen (PBF). I dessa står bland annat rekommendationer på hur
föreskrifterna kan uppfyllas. Utöver dessa bestämmelser finns olika SS-EN standarder som innehåller övergripande krav från Sverige och EU, som exempelvis SS-EN 13670:2009 behandlar utförandet av betongkonstruktioner. Sist men inte minst finns även AMA Anläggning 13 och AMA Hus 14, detta är referensverk som används vid upprättandet av beskrivningar och utföranden av anläggning- och
husbyggnadsarbeten.
1.2 Tidigare studier
Vid uppbyggnaden av massiva betongkonstruktioner föreskrivs att åtgärder bör vidtas för att lösa problemen som uppstår på grund av hydratationsvärmen som medför volymändringar i betongen. För att kontrollera temperaturen i dessa typer av konstruktioner kan ingjutna kylrör användas. (Bernander & Emborg, 1992) Den inhämtande datan kombinerar dock inte simbassänger och denna typ av gjutteknik.
De konstruktioner som kombineras med gjuttekniken är massiva konstruktioner som exempelvis broanläggningar, silon, dammar, pelare et cetera.
Tidigare studier visar på att ingjutna kylrör är en effektiv åtgärd för att minska temperaturskillnader som kan uppstå i betongkroppen som orsakas av hydrationen.
Detta har framkommit i två rapporter som studerats. (Azenha et al., 2014) (Cheng et al., 2016)
Vid uppförandet av en damm i Portugal har denna gjutteknik använts när en vägg skulle gjutas. Väggen var 27,5 meter lång, hade en maximal bredd på 2,8 meter och var 15 meter hög. Vid gjutning användes ingjutna kylrör där luft passerade igenom rören. Genom att ständigt kontrollera temperaturen på ingående och utgående luft kunde detta regleras enligt de beräkningar som gjordes för att vidare kunna kontrollera temperaturen. Detta medförde en mindre mängd sprickor i
konstruktionen som ansågs acceptabel för de delar där sprickorna uppkom. (Azenha et al., 2014)
En annan studie som genomfördes i Kina, analyserar temperatursprickors uppkomst i massiva konstruktioner med användning av flodvatten som kylningsvätska i de ingjutna kylrören. Studien genomfördes som ett experiment där fyra plattor skulle gjutas med måtten 1x0,5 meter. Plattorna har gjutits under de olika årstiderna. Tabell 3 visar de olika parametrarna som varit styrande i experimentet. (Cheng et al., 2016)
TABELL 3. Styrande parametrar vid experimentet.
Platta (1x0,5) m
Årstid Temperatur, betong
Temperatur, kylande vatten
Temperaturskillnad
1 Vinter 30 2 28
2 Höst 30 10 20
3 Vår 30 14 16
4 Sommar 30 18 12
Det kylande vattnet ligger i överkant på betongplattan, som är 0,5 meter tjock. Genom att studera temperaturen i plattorna kommer temperaturskillnaden mellan översidan och undersidan i respektive fall att resultera i olika mycket sprickbildning. (Cheng et al., 2016)
Plattan som uppfördes på sommaren resulterade i noll sprickor, medan resterande plattor visade på sprickbildning. Detta på grund av att skillnaden i temperaturen mellan det kylande vattnet och betongen är minst på sommaren. På vintern bildades störst spricka då temperaturskillnaden uppvisades att vara 28 grader Celsius. (Cheng et al., 2016)
1.3 Problemformulering
Betong har en risk att spricka under vissa omständigheter oavsett om det är tidigt i processen eller senare. Detta är normalt och inget som går att undvika eftersom det finns olika parametrar som orsakar töjningsrörelser i betongen. Det kan vara på grund av tvång, krympning, genom belastning eller i en kombination av flera parametrar som töjningsrörelser uppkommer. När den aktuella töjningen överskrider
gränstöjningen bildas sprickor i betongen. (Johansson S E, 1994, s. 66)
Extra viktigt är det att beakta sprickbildningen i konstruktioner som utsätts för stor påfrestning av omkringliggande miljö då effekten kan resultera i armeringskorrosion som vidare påverkar lastupptagningsförmågan. Detta har visats vara problematiskt i badhusmiljöer då klor har en tendens att lösa upp bindemedlet i betongen vilket medför att betongen börjar vittra sönder och armeringen korroderar. (Norén et al., 2014)
1.4 Syfte
Genom undersökning kunna redogöra för hur ingjutna kylrör kan användas för att minska risken för uppkomsten av temperatursprickor i ung betong.
1.5 Forskningsfråga
Hur påverkar ingjutna kylrör risken för att temperatursprickor uppstår i ung betong vid produktion av simbassänger?
1.6 Avgränsningar
Betongens härdningsförlopp kan delas in i fyra faser, vilka är beskrivna under rubrik 1.1.5.1. Denna rapport kommer dock avgränsas till de två första faserna av
härdningsförloppet eftersom det är då som kylningen fyller sin funktion.
2. Metod
Under tio veckor har arbetet löpt och resulterat i denna rapport. Metoden för detta arbete klassas som en fallstudie, eftersom det grundas i ett specifikt fall och förklarar på djupet hur olika parametrar påverkar betongs egenskaper (Höst et al., 2006).
Studien har kompletterats med en intervju för en djupare förståelse för hur betongsammansättningen fungerar i praktiken.
2.1 Urval
Varför Medborgarhusets simbassäng valts att studera är av anledningen att författaren fick möjlighet att vara med under uppbyggnaden av
bassängkonstruktionen, det vill säga arbetet innan, under och efter gjutning. Genom den praktiska möjligheten har även mycket information kunnat studeras gällande gjuttekniken och dess påverkan på betongen. Vidare har även författaren fört en dialog med arbetsledaren vilket har bidragit till ökad kunskap.
För att få en djupare förståelse för hur betong fungerar med alla dess komponenter krävs expertiskunskaper. Därför har en intervju genomförts med en person som besitter stor kunskap om betong, om gjuttekniken och hur det ena påverkar det andra med utgångspunkt från projekt Medborgarhuset. Intervjupersonen är en
betongspecialist. Vad betongspecialisten även bidragit med är att förklara mer ingående vilka faktorer som påverkar sprickbildningen i betong och sedan hur ingjutna kylrör fungerar. Intervjun har spelats in för att få ett så litet bortfall som möjligt.
Arbetsledaren i betong är en annan viktig informationskälla, då denna varit med under hela processen gällande bassängen på Medborgarhuset. Under de
observationer som gjorts under fallstudien, praktiskt ute på byggarbetsplatsen, har en dialog förts med arbetsledaren för att kunna förstå hur olika parametrar måste tas i beaktning under betongens hårdnande och likaså varför arbetet med simbassängen ser ut som det gör.
Det är ett styrt urval utifrån olika faktorer. Den första faktorn är relevans som innebär att informationen som författaren hämtar in ska hållas inom ramen för
bassängkonstruktioner och denna gjutteknik. Den andra faktorn är kunskap då det är av stor vikt att personerna som frågas är duktiga inom ämnet. Den tredje faktorn är projektstyrt, det vill säga att informationen är hämtad från Medborgarhuset och dess förutsättningar.
2.2 Litteratursökning
Studien startade med inledande sökningar på Google för att se hur mycket
information som finns inom det valda området. Detta resulterade i ett fåtal rapporter i databasen Diva som behandlar temperatursprickor i ung betong. Vidare har en djupare litteratursökning gjorts för att få med alla delar som denna rapport berör.
Forskningsfråga
Hur påverkar ingjutna kylrör risken för att temperatursprickor uppstår i ung betong vid produktion av simbassänger?
P - Population E - Exposure O - Outcome
Simbassänger Ingjutna kylrör Risk för temperatursprickor i ungbetong
Komplett söksträng
(pool OR swimming pool) AND (“cooling system” OR “pipe cooling system”) AND (”thermal cracking” OR ”early age concrete”)
Databaser Google Scholar Inklusionskriterier
• Artiklar skrivna på engelska eller svenska
• Examensarbeten
• Vetenskapliga artiklar
• Artiklar som är tillgängliga i fulltext
• Alla studiedesigner i artiklarna
• Artiklar från 1992 till 2019
Med alla orden: ”Early age concrete”
Exakt fras: ”Thermal cracking”
Några av orden: ”cooling system” ”pipe cooling system” ”swimming pool” ”pool”
Antal träffar: 73 stycken mellan åren 1992 och 2019.
Av de 73 träffar var två texter av relevans för detta arbete, dels för att de innehöll några av sökorden i titeln och dels för att de hade innehållsrika sammanfattningar.
Vidare beskrevs en tydlig metod som liknade arbetssättet som utförts på
Medborgarhuset. Därför kändes även resultaten i texterna trovärdiga. Dock fanns inga träffar som innehöll hela söksträngen och detta beror på att gjuttekniken inte har använts i simbassängkonstruktioner tidigare (Lindstedt, 2020).
Utöver litteratursökningen har rekommenderad litteratur från handledare på företaget studerats, bestående av två handböcker; Betonghandbok Material samt Arbetsutförande. Dessa böcker är innehållsrika och beskrivande, de är dessutom accepterade i näringslivet samt inom forskning. Böckerna har främst bidragit till lärandet om betong, sprickbildning och olika åtgärder som kan vidtas för att minska sprickrisken som kan uppstå.
Rekommenderad litteratur från skolan har även använts som hjälpmedel för
uppbyggnaden av rapporten. Bokens titel är ”Att genomföra examensarbete” och har främst använts vid upprättandet av metoden men likväl för att få en genomgående struktur i rapporten. Boken anses betydelsefull för arbetet då den förklarar de olika
delarna som ingår i ett examensarbete samt hur olika tekniker och metoder kan användas för att få fram viktig information till läsaren.
2.3 Datainsamling
Betonghandbok Material är ett komplement till BBK, Boverkets handbok om
betongkonstruktioner, och sammanfattar dagens betongkunnande. Detsamma gäller för Betonghandbok Arbetsutförande. Insamlad information från böckernas olika kapitel har antecknats. Den information som framkommit under läsningen har sedan utgjort grunden för de frågor som ställts under intervjun som ägt rum. Intervjun med betongspecialisten bifogas som bilaga, se bilaga I.
Utöver läsning i rekommenderad litteratur samt i texter från litteratursökningen har fallstudien gemförts på ett projekt där olika metoder använts för att få fram
information. Dessa listas nedan.
Samtalat: Under uppbyggnaden av simbassängen har samtal förts med personer som arbetar med betong, detta för att försöka få en helhetsbild av hur arbetsmoment med gjutningar går till i praktiken utifrån olika synvinklar. Utöver dessa samtal har även dialog förts med sakkunnig, arbetsledare och betongspecialist, för att förstå betongens komplexitet och hur olika parametrar påverkar den.
Observerat: Observationer har genomförts för att få en ökad förståelse för hur gjutningarna gått till samt vilka förberedelser som bör göras innan gjutning.
Sättmåttet och utbredningsmåttet på de tre första betonglassen skall kontrolleras enligt föreskrifterna. Detta har observerats för att se hur en provtagning görs.
Logistiken på projektet har observerats för att se hur samspelet fungerar mellan olika yrkesgrupper och hur arbetsledare löser de problem som uppstår.
Läst i dokument, kollat ritningar och föreskrifter: Utöver de praktiska momenten gällande gjutningarna har ritningar, föreskrifter och olika dokument gällande bassängen studerats för att förstå helheten. Ritningarna jämfördes med verkligheten för att se till att allt sitter där det är tänkt att sitta. Alla ändringar som gjorts har dokumenterats och godkänts av konstruktören.
Tagit bilder: Inför varje gjutning har bilder tagits på armeringen och de ingjutna kylrören för att vid besiktning kunna säkerställa att detta har gjorts på rätt sätt. Bilder har även tagits på de ingjutna temperaturmätarna för att påvisa att dessa sitter på föreskriven plats.
2.4 Analys
Datan som samlats in under fallstudien har diskuterats och verifierats med
arbetsledaren. Detta för att kontrollera att den kunskap som samlats in är korrekt och för att ny kunskap som tillkommer baseras på korrekt information. Denna
analysmetod har använts för att reducera risken för missförstånd.
Intervjun ägde rum relativt sent i processen för att möjliggöra att mer information insamlas samt för att få en större förståelse för betong och dess olika komponenter, vilket leder till att mer relevanta frågor kan ställas under intervjun. Analysen började med att transkribera den inspelade versionen av intervjun. Efter detta kategoriserades intervjun i olika delar för att vidare kunna presentera relevant information i resultatet.
Intervjun delades upp i följande delar.
1. Betongens delmaterial och uppträdande 2. Värmeutveckling och hållfasthet
3. Gjuttekniken, ingjuta kylrör 4. Temperatursprickor
5. Referensprojekt
I möjligaste mån har intervjusvaren verifierats med hjälp av betonghandböckerna. De frågor som berör simbassängen, hur arbetet med den har gått till samt den erfarenhet som betongspecialisten besitter har sedan plockats ut ur intervjun och skrivits om till en del av resultatet.
2.5 Etiska överväganden
Personerna som bidragit med information till arbetet har givits möjlighet till ett informerat samtycke och har deltagit frivilligt. Vid inbjudan har studiens syfte förklarats samt vilken metod som är avsedd att användas där personerna godkänt att det som sägs kan användas i arbetet i enlighet med GDPR.
Brevet som personerna fått skriva under för informerat samtycke bifogas som bilaga.
Se bilaga II.
3. Resultat
Genom de föreskrivna normerna har betongen klassats utifrån olika parametrar som exempelvis livslängd, tolerans, täthet, utförande och härdning. Dessa klasser
beskriver hur betongkonstruktionen kommer uppfylla olika funktionskrav och vidare om konstruktionen går att bruka.
3.1 Fallstudien, dialog med arbetsledaren
Konstruktören har genom gällande bestämmelser godkänt vilken betong som skall användas genom beräkningar och kontroller enligt de Eurokoder som presenteras i föreskrifterna för bassängen. Utöver betongsammansättningen har även
konstruktören kontrollerat olika fall för gjutetapper och sedan givit ett förslag på vilken ordning simbassängens olika delar skall gjutas. En arbetsbeskrivning har arbetats fram innehållande information om olika temperaturer för betongen, luften, anslutande konstruktion samt för den kylande vätskan.
3.1.1 Betongsammansättning
Betongen som har använts för gjutningen av bassängen tillverkades och levererades av Swerock AB. På den tekniska avdelningen på detta företag har även en
betongspecialist skapat receptet som använts. Receptet har provats och kontrollerats så att det håller det mått som är satt i föreskrifterna från konstruktören.
Cementtypen som användes var ett anläggningscement, CEM 1 42,5 N – SR 3 MH/LA.
Karaktäristiska egenskaperna presenteras nedan, i Tabell 4–5, och är hämtade från leveransernas följesedlar.
TABELL 4. Karaktäristiska egenskaperna för simbassängens platta.
Egenskaper Betongrecept platta
Hållfasthetsklass, konsistens C40/50 S4 (Sättmått 160–210 mm) Halvflyt
Dmax 16 mm
Bindemedel BK 2/A-S 42,5 N
Tillsatsmedel/-material FLYT
LUFT
VCT 0,40
Kloridhaltsklass 0,10
Exponeringsklass XC4, XS3, XD3, XF1, XA2
TABELL 5. Karaktäristiska egenskaperna för simbassängens väggar.
Egenskaper Betongrecept väggar
Hållfasthetsklass, konsistens C45/55 SF2 (Flytsättmått 660–750 mm.)
Dmax 16 mm
Bindemedel BK 2/A-S 42,5 N
Tillsatsmedel/-material FLYT
LUFT
VCT 0,40
Kloridhaltsklass 0,10
Exponeringsklass XC4, XS3, XD3, XF1
I föreskrifterna kan de förväntade egenskaperna läsas av. Den betongen som användes har bättre förutsättningar att klara av de krav som ställs. Exempelvis efterfrågades en betong med exponeringsklass XD2, men det som levererades och användes hade exponeringsklass XD3. Maximalt vct som stod föreskrivet var 0,45 och det som användes var 0,40. Den levererade betongen uppfyller de förväntade kraven.
3.1.2 Simbassängens geometri
Simbassängen delas in i sju delar. Där väggarna utgör varsin del samt plattan som utgör en. Dimensionen på respektive del är:
Platta: 25 x 12 x 0,3 m Vägg 1: 25 x 2,10 x 0,34 m Vägg 2: 25 x 2,10 x 0,34 m Vägg 3: 12 x 2,10 x 0,34 m Vägg 4: 12 x 2,10 x 0,34 m Vägg 5: 12 x 2,10 x 0,34 m Vägg 6: 1,3 x 2,10 x 0,34 m Vägg 7: 1,3 x 2,10 x 0,34 m
FIGUR 2. Bild över bassängväggarnas placering.
3.1.3 Arbetsbeskrivning
En arbetsbeskrivning har uppförts som skall följas och dokumenteras för att begränsa uppkomst av temperatursprickor under betongens härdningsförlopp. En
spricksäkerhetsanalys har varit utgångspunkten för att fastställa erforderliga åtgärder.
Arbetsbeskrivningen med tillhörande beräkningar är upprättad i enlighet med AMA Anläggning 13 kap EBE.11.
Under detta kapitel i AMA Anläggning beskrivs delmaterial till betongen, hur bindemedelskombinationen skall verifieras av ett ackrediterat organ i enlighet med olika SS-EN standarder för att påvisa att anläggningscementet klarar av kraven gällande sulfatresistens, låg värmeutveckling och låg alkalihalt. Det står även hur beräkningar för bestämning av åtgärder för begränsning av temperatursprickor skall genomföras samt att temperaturen skall mätas och registreras.
Arbetsbeskrivningen innehåller gjutetapper för plattan samt väggarna, se Figur 3.
Genom att dela upp konstruktionen i mindre delar minskas risken för tvång och även risken för att stora temperaturskillnader uppstår i betongkroppen.
FIGUR 3. Simbassängens gjutetapper av platta och väggar representerade i olika färger.
Plattan är uppdelad i två gjutetapper, del 1 och del 2. Dessa syns i Figur 3 i grön respektive röd färg.
Väggarna är uppdelade i tre gjutetapper där de längsgående väggarna delats upp i mitten för att dela upp bassängen i mindre delar. Gjutetapp 1 för väggarna ses i svart färg, gjutetapp 2 markeras i rosa färg och gjutetapp 3 har färgen blå enligt Figur 3.
Gjutfogarna är de linjer på Figur 3 som delar av plattan och väggarna i de olika gjutetapperna. Gjutfogarna är till för att minska risken för sprickbildning.
Arbetsbeskrivningen innehåller även värden på temperaturer för olika delar. Se Tabell 6.
TABELL 6. Beräknade värden på temperaturen.
Delar Beräknad temperatur (grader Celsius)
Dygnsmedeltemperatur i luften 10–15 Betongmassan vid gjutning 15–17 Motgjuten konstruktionsdels yta 5
Kylningsvattnet, ingående 4
Kylningsvattnet, utgående 8
Under härdningen av betongkonstruktionen skall även temperaturen mätas och registreras. Detta har gjorts genom att gjuta in temperaturgivare enligt anvisningar och skisser som bifogats i arbetsbeskrivningen. Dessa temperaturgivare skall inte sättas direkt mot armeringen eftersom det enkelt kan uppstå störningar alternativt felmätningar då, utan dessa ska fästas på en distans som exempelvis isolering eller plast. Se hur dessa placeras i Figur 4–5. Temperaturmätningen utförs från gjutstart fram till minst två dygn efter formrivning.
FIGUR 4. Temperaturgivarnas och kylrörens placering i plattan.
FIGUR 5. Temperaturgivarnas och kylrörens placering i väggarna.
Kylrören är av stål med en yttre diameter på 25 mm. En slinga är ca 60–80 meter och ett lämpligt flöde per slinga är ca 20–27 l/min. Avstånden mellan rören i plattan ligger
på 400 mm, förutom de två yttersta rören närmast kanterna som ligger 200 respektive 500 mm från kanten, det vill säga med ett centrumavstånd på 300 mm. Kylrören i väggarna har ett centrumavstånd på 300 mm förutom röret närmast kanten som ligger 100 mm ovanför plattan. Kylningen skall pågå i 24 timmar för bassängplattan. För bassängens väggar skall kylningen vara i 36 timmar.
3.1.4 Bilder från projektet
FIGUR 6. Pågående gjutning av bassängplattan, etapp 1.
FIGUR 7. Pågående gjutning av bassängplattan, etapp 2.
FIGUR 8. Armering, kylrör och temperaturmätare.
FIGUR 9. Armering och kylrör i vägg 5.
3.2 Intervju med betongspecialist
Betong är ett komplext material och det är viktigt att ha förståelse för hur de olika beståndsdelarna samverkar.
Varje projekt är unikt och ger specifika förutsättningar som måste lösas innan
projektet startar. För simbassängen på Medborgarhuset har hänsyn tagits till storleken på konstruktionen, platsen, mängden järn, krympning och temperatur vid
utformningen av betongreceptet. Det handlar om att ge beställaren det som efterfrågas men samtidigt ta hänsyn till arbetsmomentet och vilka förutsättningar som fungerar i praktiken. Genom erfarenhet visste betongspecialisten att det som efterfrågades inte skulle gå ihop med verkligheten då det finns en skyldighet att motverka risker och skador vid arbetsmomentet. Det som efterfrågades skulle innebära att en mobilkran och 5 tums slang skulle användas vid gjutningen, vilket inte hade fungerat inomhus och inte heller med den arbetsstyrka som fanns på plats. Genom att ändra i
betongreceptet kan resultatet bli densamma fast med ett förenklat arbetsmoment genom lång slangdragning med 4 tums slang, vilket är enklare att hantera för arbetsstyrkan.
Det beräkningsprogram som finns för värmeutvecklingen i betong gjordes år 1986 och utgår från en specifik betongsammansättning. Detta recept ligger till grunden för de kylberäkningar som görs. Sedan 1986 har det utvecklats en mängd olika
betongsammansättningar, men formeln för att beräkna värmeutvecklingen är
densamma. Detta innebär att det som sätts in i ekvationen inte alltid stämmer överens med vad som egentligen används och därför blir resultatet felaktigt.
Betongspecialisten menar på att det receptet som användes för simbassängen inte går att räkna på eftersom det inte är samma recept som beräkningsmodellen grundas på.
Sprickor kan enkelt uppstå i betongkonstruktionen om inte hänsyn tas till den sprickriskanalys som görs vid projekteringen. Det som eftersträvas är att skapa mikrosystem i hela konstruktionen eftersom det är så betongen är tänkt att uppträda.
En spricka på 0,15 mm anses inte vara en spricka, enligt EKS. Genom beräkning kan då en spricka på 1 cm delas upp i tusen och kommer därför inte längre att existera, då de blir mindre än 0,15 mm. Vattnet som finns i betongen är antingen fysikaliskt eller kemiskt bundet, vilket betyder att det antingen kommer avdunsta eller reagera med andra kemiska ämnen som finns i betongen. Detta gör att tätheten eller
beständigheten inte påverkas eftersom mikrosprickorna kommer att förkalkas och självläka.
En jättevarm betongkropp är inte bra, utan kan vara skadligt. Dock kommer inte bassängkonstruktionen komma upp i de temperaturerna där en åtgärd behövs.
Åtgärder används normalt endast om temperaturen på betongen antas bli över 50 grader. Betongspecialisten anser att effekten av att använda kylning möjligen kan göra mer skada än nytta i simbassängkonstruktionen. Anledningen härtill är att kylrören placerats direkt mot armeringen vilket har gjorts för de flödesmeter som skall kylas, om detta inte görs rätt kan stålet kylas ner på ena sidan och behållas varmt på den andra. Eftersom stålet expanderar och krymper med temperaturen kommer
dragspänningar att uppstå i konstruktionen som medför en större risk för sprickor än vad värmen från betongen kommer resultera i. Skillnaden att använda ingjutna kylrör i en grov konstruktion är att rören inte behöver läggas i direkt anslutning till
armeringen och därför uppstår inte risken för nedkylning av armeringsstängerna.
Några av de parametrar som är av stor betydelse för att temperatursprickor ska uppträda är hur stor andel av respektive beståndsmaterial är i förhållande till
varandra, cementtypen, gjutetapper och konstruktionens geometri. Hade
betongspecialisten tillsammans med arbetsledaren fått göra som de ville hade en del av cementet bytts ut mot ett puzzolant bindemedel. Detta för att minska
värmeutvecklingen ytterligare. Genom inblandning av slagg kommer
temperaturstegringen att fördröjas, likaså hållfasthetsutvecklingen, och efter ca 30 dygn börjar den att bygga en överhållfasthet istället, som innebär att betongen går över det beräkningsvärde som satts. Med hjälp av dessa typer av tillsatsmaterial kan temperaturen styras vilket, i detta fall, innebär att kylsystemet hade kunnat slopats.
För den här konstruktionen har inte kylningen haft någon effekt. Detta kunde betongspecialisten se genom att avläsa genom de temperaturkurvor som finns för de olika gjutetapperna. I vägg 1 registrerades en högsta temperatur på 45 grader och detta är vad anläggningscementet normalt ger som maximal temperatur.
Resultatet för simbassängen ser bra ut. Inga större sprickor har uppkommit i konstruktionen och de sprickor som uppstod är inte temperatursprickor. Detta tror dock betongspecialisten inte har något att göra med kylningen av betongen.
4. Diskussion
Syftet med studien är att redogöra för hur ingjutna kylrör påverkar
temperatursprickbildningen i ung betong. Dock har det under arbetets gång framkommit att det är fler parametrar som vidtagits i detta projekt för att minimera risken för att temperatursprickor uppstår i konstruktionen.
Receptet som betongspecialisten har utvecklat för simbassängen utgår från de förutsättningar som finns på Medborgarhuset i Stockholm. Cementet som användes var ett anläggningscement som enligt teorin har en långsammare värmeutveckling än vad ett vanligt byggcement har. Detta anses som en positiv åtgärd för att minska sprickbildningen i konstruktionen. En långsam värmeutveckling bidrar till att temperaturen i betongkroppen kommer att minska generellt över tvärsnittet vilket är en åtgärd som bör vidtas vid risk för temperatursprickor.
Då gjutning med anläggningscement sällan överstiger 50 grader, då facto risken för temperatursprickor är hög, kan det ifrågasättas om gjuttekniken med ingjutna kylrör hade någon effekt. I medelgrova till grova konstruktioner kommer temperaturen mellan kärna och ytterkant att vara större än i lättare konstruktioner. Då det är ett längre avstånd från kärnan till kanten, vilket innebär en större isolering då den kylande luften från omgivningen måste vandra en längre stäcka för att kunna kyla betongkroppens mittparti. Därför borde ingjutna kylrör göra en större nytta i en medelgrov eller en grov konstruktion än i en tunn.
I litteraturen anges att centrumavståndet mellan kylslingorna normalt ligger mellan 0,5 och 1,5 meter (Bernander & Emborg, 1992). För simbassängen på Medborgarhuset har istället ett centrumavstånd på 0,3–0,4 meter valts. Detta i samband med att det är en lätt konstruktion gör att gjuttekniken kan ifrågasättas. En centrerad placering av kylrören med detta centrumavstånd ger en jämn sänkning av temperaturen längst hela snittet eftersom konstruktionen endast är 0,34 meter bred. Detta tillsammans med att en betong med låg värmeutveckling har använts borde resultera i en
temperatursänkning som egentligen inte är relevant för denna typ av konstruktion.
Anledningen till att de ingjutna kylrören användes var för att minska temperatursprickbildningen och detta har visserligen uppnåtts men både betongspecialisten och arbetsledaren anser att det var ett onödigt moment då resultatet hade uppnåtts ändå.
4.1 Metoddiskussion
Styrkor med metoden är möjligheten till deltagande under arbetsprocessen. Därav kontinuerligt kunnat stämma av informationen med sakkunnig på plats. I och med detta anser jag att den hämtande informationen är relevant för arbetet eftersom arbetsledaren varit med under hela projektets gång och besitter kunskaper som är specifikt för simbassängen på Medborgarhuset. Genom att han under arbetets gång delgett mig sin erfarenhet kring hur det kan fungera i praktiken har jag fått en bredare
förståelse för hur arbete med betong kan skilja sig åt och att det är flera parametrar som påverkar resultatet.
Anledningen till att en betongspecialist intervjuats är för att betong är ett sådant komplext och svårt material att förstå om inte alla dess beståndsdelar och
komponenter förklaras. Jag anser intervjun med betongspecialisten som en styrka. Det har givit mig en större kunskapsbas och förståelse för hur betongen är uppbyggd och att genom olika betongrecept kan påverka hur den uppträder exempelvis genom mikrosprickbildning.
En svaghet med metoden är att jag kan ha svårt för att vara objektiv då den enda erfarenhet jag har av betongarbete är från Medborgarhuset, vilket gör det svårt att jämföra med hur det fungerar på andra ställen. Detta bidrar till en vinklad helhetsbild som då också är präglad av vilka jag pratat och arbetat med under uppbyggnaden av simbassängen.
Metoden har bestått av läsning i rekommenderad litteratur från företaget. Denna litteratur är från år 1994. Detta anses vara en svaghet då det borde skett en utveckling inom branschen sedan dess. Med detta i åtanke borde en större sökning ha gjorts för att ta reda på mer i teorin och om det framkommit något om hur kylning kan användas i olika typer av konstruktioner. Dock anser jag att det hade varit ett för tungt arbete att genomföra under de tio veckor som arbetet varat.
En annan svaghet är att jag inte har intervjuat konstruktören om hur beräkningarna gjorts för kylningen. Hade information gällande det också tagits upp i arbetet hade jag med större sannolikhet förstått på ett mer djupgående sätt vilka parametrar som är av värde för att kunna reglera kylningen samt hur det fungerar på djupet. Detta har inte kunnat ske på grund av tidsbristen och de rådande omständigheterna i världen för tillfället med COVID-19.
4.1.1 Reliabilitet
För att åstadkomma en bra reliabilitet, krävs att datainsamlingen och analysen är noggrant gjord. Genom att ha förklarat tydligt och strukturerat i metoden varje steg om gjorts anser jag att detta kriterium är delvist uppfyllt.
Eftersom detta arbete är vetenskapligt och mycket av informationen är hämtad från böcker accepterade av näringsliv och forskning, har en stor del av arbetet inte behövts analyserats. De metoder som har används vid analyserna har funnits beskrivna i de läroböcker som skolan rekommenderat och därför anser jag att analyserna är tillräckligt tydliga för att replikerbarhet skall uppfyllas.
Det som gör att detta kriterium endast är delvist uppfyllt är den praktiska delen av studien då gjutning av en konstruktion i liknande förhållanden inte helt kan genomföras så som jag beskrivit. Informationen kring gjutningen och gjuttekniken kan delvis förändras beroende på omständigheterna runt omkring vilket då också påverkar replikerbarheten av den praktiska metoden.
