Lavvarmebetong med sementer fra Heidelberg Materials

av Markus Bernhardt, Tor Magnus Zachariassen og Knut Ose Kjellsen, Heidelebrg Materials Sement FoU

Det har vært et økende fokus på å oppnå riss-frie anleggskonstruksjoner de senere år. Bruk av såkalt lavvarmebetong har blitt beskrevet i en rekke prosjekter for å unngå opprissing. Begrepet "lavvarmebetong" har tidligere ikke vært klart definert. I forbindelse med den nye Prosesskode 2 til Statens Vegvesen innføres en egen betongklasse: SV-Lavvarme. Vi vil i denne artikkelen angi hvordan betongprodusenter kan oppnå SV-Lavvarme med bruk av  Anlegg FA og Standard FA sementer.

Varmeutvikling i betong

Når sement og vann reagerer utvikles hydratasjonsvarme. Ved støping av slanke konstruksjoner er dette positivt fordi denne varmen bidrar til en moderat temperaturøkning i betongkonstruksjonen, og dermed en raskere fasthetsutvikling. Utvikling av herdevarme er nærmest en forutsetning for støping vinterstid. I store og massive konstruksjoner kan imidlertid varmeutviklingen bli så stor at temperaturen i konstruksjonen blir meget høy. Dette kan gi ulike typer problemer:

• Bestandighetsproblemer pga. forsinket ettringitdannelse (eng. delayed ettringite formation, DEF)
• Fastholdningsriss
• Overflatekrakelering

I slike massive konstruksjoner er det ofte viktig å kunne redusere varmeutviklingen. NS-EN 13670:2009+NA:2010 stiller krav om en maksimal herdetemperatur på 70°C. Dette er for å forhindre forsinket ettringitdannelse. For å unngå fastholdningsriss og overflatekrakelering må maksimaltemperaturen som oftest være betydelig lavere enn 70°C. Det kan oppnås med bruk av lavvarmebetong. Lavvarmebetong er som navnet tilsier betong som utvikler lite varme, men begrepet har ikke vært klart definert. SV-Lavvarme er entydig definert, og vi tror dette vil kunne bli en mye brukt betongklasse i massive anleggskonstruksjoner som kulverter, store støttemurer, brofundamenter og tykke bunnplater.

Forskning viktig

Det har pågått omfattende forskning og utvikling innenfor herdeteknologi i Norge nærmest kontinuerlig siden tidlig på 1980 tallet. Dette har ofte vært bransjeprosjekter lokalisert til NTNU/SINTEF. Vi har i alle år vært en aktiv deltager og støttespiller i disse prosjektene. Dette FoU-arbeidet har vært avgjørende for at vi i dag kan beregne riss-risiko i ulike konstruksjoner med norske materialer (ved hjelp av programmet CrackTestCOIN), og på den måten kan forhindre eller begrense opprissing gjennom egnede tiltak. Anlegg FA-sement ble innført i 2008, bakgrunnen for dette var ønsket om en sement for anleggsbetong som ga redusert varmeutvikling og redusert fare for utvikling av fastholdningsriss (1, 2). Det tekniske underlaget for Anlegg FA-sementen ble i stor grad tatt fram i disse FoU prosjektene. Også utviklingen av SV-Lavvarme har mye av sin basis i disse bransjeprosjektene.

SV-Lavvarme

I den nye Prosesskode 2 (3) innføres en ny betongklasse SV-Lavvarme. I Tabell 1 er gjengitt noen av de viktigste kravene til denne betongklassen.

Tabell 1: Et utvalg av viktige krav til SV-Lavvarme

* Innhold av silika støv og flygeaske er angitt som % (masse) av totalt bindemiddel

Det er videre stilt krav om at herdetemperaturen for en gitt betongsammensetning skal dokumenteres. Dette skal gjøres ved å logge temperaturen i en herdekasse med en innstøpt temperaturføler i senter av herdekassen. Betongprøvestykket skal være 1m x 1m x 1m. Det er altså snakk om en stor herdekasse. Det er angitt krav til herdekassen i (3) bla. isolasjonsmateriale og tykkelse. Det er videre angitt krav til utførelse av forsøket bla. skal fersk betongtemperatur være mellom 15 og 23°C. Herdekassen kan stå utendørs men omgivelsestemperaturen skal ikke være lavere enn -5ºC. Temperaturen i senter av herdekasse og utenfor herdekassen logges i 7 døgn. Kravene til temperaturstigning for SV-Lavvarme er gjengitt i Tabell 2. Resultatene skal rapporteres til byggherren hvor betongsammensetning og resultatene fra loggingen er gitt.

Vi ser fra Tabell 2 at dersom gjennomsnittlig omgivelsestemperatur har vært 20 °C så skal temperaturøkningen i herdekassen (dvs. forskjell mellom maksimal herdetemperatur og fersk betongtemperatur) ikke være større enn 35 °C for at betongen kan klassifiseres som SV-Lavvarme.

Tabell 2: Krav til maksimum temperaturøkning i herdekasse (3) for SV-Lavvarme betong.

Bruk av HM-sementer i SV-Lavvarme betong

Heidelberg Materials Sement Norge FoU har i samarbeid med Heidelberg Materials Betong Norge og Skanska Teknikk gjort tester med den store 1 m³ herdekassen og betonger med henholdsvis Anlegg FA og Standard FA. Det er også gjort forsøk med å tilsette ekstra flygeaske på blandeverk, opptil den doseringsmengden som tillates i henholdsvis NS-EN 206:2013-NA:2014 og den nye Prosseskoden (3). Figur 1 og 2 viser bilder fra forsøkene.

Basert på forsøkene har vi konstruert Figur 3 og 4 som angir maksimale bindemiddelmengder for å klare kravet til SV-Lavvarme. Fersk betongtemperatur er normalisert til 20 ºC. Kravet til temperaturstigning for SV-Lavvarme er 35 ºC, og er angitt med tykk horisontal strek i figurene. Fra Figur 3 kan sees at med Anlegg FA må det et bindemiddel innhold ned mot 315 kg/m³ for å klare kravet til SV-Lavvarme. Et så lavt bindemiddelinnhold er i praksis ikke mulig å klare i MF45. Vi ser videre at med ekstra tilsatt flygeaske blir maksimalt bindemiddelinnhold for å klare kravene til SV-Lavvarme henholdsvis 400 og 430 kg/m³, avhengig av om betongen proporsjoneres iht. NS-EN 206 eller Prosesskoden (3). Dette vil det i praksis være fullt mulig å oppnå. 

Figur 3: Temperaturøkning i 1 m3 herdekasse ved ulike bindemiddelmengder for betong med henholdsvis Anlegg FA, Anlegg FA og ekstra flygeaske iht. NS-EN 206:2013+NA:2014, og Anlegg FA og ekstra flygeaske iht Prosesskoden (3). Fersk betongtemperatur 20 ºC. Reseptkrav iht. Tabell 1.

Figur 4: Temperaturøkning i 1 m3 herdekasse ved ulike bindemiddelmengder for betong med henholdsvis Standard FA, Standard FA og ekstra flygeaske iht. NS-EN 206:2013+NA:2014, og Standard FA og ekstra flygeaske iht. Prosesskoden (3). Fersk betongtemperatur 20 ºC. Reseptkrav iht. Tabell 1.

Med Standard FA-sement kan det være vanskelig å oppnå SV-Lavvarme. Med tilsatt ekstra flygeaske i henhold til kravene gitt for SV-Lavvarme (3) angir våre resultater et maksimalt bindemiddel innhold på ca 345 kg/m³, tilsvarende et vanninnhold på i størrelsesorden 155 l/m³. Med gode og lite vannkrevende tilslag vil dette kunne være mulig å oppnå i praksis.

I Tabell 3 er gitt de kombinasjoner av sement og ekstra flygeaske som har potensial til å klare kravene til SV-Lavvarme. Resultatene er orienterende, som betongprodusentene kan ta som et utgangspunkt når de skal proporsjonere sin SV-Lavvarme betong. En må være klar over at varmeutviklingen til en betong, på lik linje med andre egenskaper, vil kunne variere med delmaterialer og lokale forhold.

Tabell 3: Kombinasjoner av våre sementprodukter og ekstra tilsatt flygeaske iht. henholdsvis NS-EN 206:2013+NA:2014 og Prosesskoden (3).

Grønn: Betongen klarer kravene til SV-Lavvarme med en normal bindemiddelmengde.
Rød: Betongen klarer ikke kravene til SV-Lavvarme med normal bindemiddelmengde
Gul: Betongen kan klare krav til SV-lavvarme hvis bindemiddelmengden er relativt lav.  Dette vil kunne være mulig ved bruk av tilslag med lavt vannbehov.

Konklusjon

SV-Lavvarme er en ny betongtype beskrevet i den nye Prosesskoden til Statens Vegvesen (3).  Det er fullt mulig å produsere SV-Lavvarme med Anlegg FA sement med ekstra tilsatt flygeaske. Det kan også være mulig å klare kravet med Standard FA sement og ekstra tilsatt flygeaske. Maksimal bindemiddelmengde for å klare kravet til SV Lavvarme med Standard FA er imidlertid såpass lavt at det med Standard FA kun er mulig med bruk av gode tilslag som gir lavt vannbehov.

Referanser

1: K O Kjellsen, 'Norcem lanserer Anlegg FA', Cement Nå, Nr 1, 2008.

2: K O Kjellsen, 'Anleggsement FA - Brukererfaringer', Cement Nå, Nr 2, 2010.

3: Håndbok R762, Prosesskode 2, Standard beskrivelsestekster for bruer og kaier, Hovedprosess 8, Statens Vegvesen, 2015.