Lukk

Inspeksjon av betongstrukturer

Betong er et foretrukket byggemateriale i vårt moderne samfunn, men selv om ikke betongen viser tegn til ytre skader kan det skjule seg trusler til strukturens integritet i dets indre.

Betong er ofte et foretrukket byggemateriale i dagens samfunn, blant annet på grunn av sin allsidighet, lange levetid og store styrke. Disse egenskapene gjør det til verdens mest brukte byggemateriale. Mange tenker på betong som vedlikeholdsfritt og evigvarende. For at dette skal være tilfelle, er man imidlertid avhengig av godt utført arbeid i flere ledd. Man må for det første ha tatt høyde for miljøpåvirkningen den aktuelle konstruksjonen utsettes for, og man må ha valgt betongkvalitet, geometri og armeringsoverdekning i samsvar med dette. Dette krever åpenbart god kompetanse på området. Videre er det svært viktig at entreprenøren har utført godt arbeid i byggeprosessen. Ofte viser det seg at det er vanskelig å unngå svikt på ett eller flere av disse områdene.

Mange betongkonstruksjoner har svært kritiske funksjoner, som for eksempel broer og kaier, og fundamenter til høyspentmaster og oljeplattformer. For disse er det viktig at man har oversikt over nedbrytningsmekanismene, og at man har prosedyrer for å kontrollere, overvåke og eventuelt utbedre konstruksjonen.

 

Nedbrytning av betong

Nedbrytning av betong kan enten skyldes mekanismer som angriper selve betongen, eller det kan skyldes korrosjon på armeringsstålet. Når det gjelder den første kategorien, er det hovedsakelig tre ulike mekanismer; alkaliereaksjoner, syreangrep og frost-/tinesykler.

Alkaliereaksjoner oppstår ved at alkaliereaktivt tilslag (silikaholdige bergarter) reagerer med alkaliene i sementen. Reaksjonsproduktet sveller ved vannopptak, hvilket gir en volumøkning som gir opprissing når betongens strekkfasthet overskrides. Dette forutsetter tilgang på en viss mengde vann, og for de fleste betongkonstruksjoner vil fuktinnholdet i betongen være høyt nok. Denne mekanismen kan man unngå ved å ha god kontroll på hvilket tilslag man benytter, og velge rett type sement i forhold til hvor reaktivt tilslaget er.

Syrer bryter ned betongen ved at de løser opp bindestoffer i betongen. Disse omdannes til ikke-bindende forbindelser som senere kan vaskes bort slik at en ny overflate blir eksponert. Og sånn vil et syreangrep «spise» seg innover i konstruksjonen.

Frost-/tinesykler kan føre til frostsprengning og avskalling av betongen. Som ved alkaliereaksjoner er det betongblandingen som er viktig for å unngå dette problemet. Bruk av lufttilførende midler har vist seg å øke motstandsdyktigheten mot frostsprengning.
Den kanskje viktigste nedbrytningsmekanismen til betongkonstruksjoner er imidlertid armeringskorrosjon. Selv en liten grad av tverrsnittsreduksjon på armeringsstålet kan være kritisk for hardt utnyttet betong. For å forstå hvordan armeringskorrosjon kan inntreffe kommer man ikke unna litt kjemi:

Forutsetningen for at man skal få et problem med korrosjon på armeringsstålet i en betongkonstruksjon, er at man har tilgang på oksygen og vann på overflaten av armeringsstål med nedbrutt passivfilm. Passivfilmen består av stabile jernforbindelser som dannes spontant i det sterkt basiske miljøet i betongen. Nedbryting av filmen skjer hovedsakelig ved to mekanismer; karbonatisering og kloridinntrenging.

Ved karbonatisering diffunderer CO2 fra omgivelsene inn i betongen og danner kalsiumkarbonat ved reaksjon med kalsiumhydroksid i betongen. pH i betongen kan da bli redusert til et nivå der passivfilmen ikke lenger er stabil. Passivfilmen brytes da ned, og generell korrosjon vil oppstå. Dette er illustrert i bilde 1. 

Bilde 1. Karbonatisering og påfølgende delaminering

Ved kloridinntrenging vil kloridioner fra omgivelsene trenge inn i betongen ved diffusjon eller kapillærsuging. Når konsentrasjonen av kloridioner i nærheten av armeringsstålet når en kritisk verdi vil man få lokale ødeleggelser av passivfilmen, og dermed også lokale korrosjonsangrep (gropkorrosjon). Ved svært høye kloridkonsentrasjoner vil man kunne få nedbrutt passivfilm over et større område, og angrep i form av generell korrosjon.

Har man både karbonatisering og kloridinntrenging utgjør dette en «killer combination», etter som karbonatisert betong binder klorider dårligere enn «frisk» betong, slik at kloridene raser fort gjennom det karbonatiserte området og dermed finnes i ekstra høye konsentrasjoner i front av karbonatiseringsprofilen.

I og med at korrosjonsproduktene har større volum enn jernet de er dannet fra, vil det oppstå riss og sprekker i betongen, samt delaminering av betongen fra overflaten av armeringsstålet. Hastigheten på nedbrytningen vil avhenge av hastigheten på transport av reaktive komponenter i betongen, som igjen avhenger av betongkvaliteten. Transporten går naturlig nok også raskere dersom det er riss i betongen.

Inspeksjonsmetoder

Vanlige metoder for å inspisere betongkonstruksjoner er visuell inspeksjon (generell og nærvisuell inspeksjon), ikke-destruktive teknikker (elektriske/elektrokjemiske metoder), destruktive metoder (for eksempel kjerneboring) og instrumentbasert tilstandsovervåkning. Sistnevnte er særlig aktuelt i områder med begrenset tilkomst. Tilkomst kan ofte være en utfordring, og det kreves ofte bruk av tilkomstteknikk (taubasert klatring), lift eller liknende.

Metodene er mange, og kan ha som formål å bestemme for eksempel tykkelse av overdekning, betongfasthet, karbonatiseringsdybde eller kloridinnhold. Eller man kan vurdere sannsynligheten for at det foregår armeringskorrosjon ved å måle armeringens elektrokjemiske potensial. For å nevne noe.

Valg av inspeksjonsmetode vil være en naturlig del av etableringen av et inspeksjonsprogram. MainTech AS benytter en risikobasert tilnærming på slike inspeksjonsoppdrag, på lik linje med inspeksjon av for eksempel stålstrukturer, statisk utstyr og rørledninger. Det innebærer at kritikalitet og sannsynlighet for svikt legges til grunn for å bestemme risiko. Sammen med historikk fra tidligere inspeksjoner blir man da i stand til å foreta en god vurdering av hvilke områder man må ha fokus på, hva som er fornuftig inspeksjonsintervall, og hvilke inspeksjonsmetoder man bør benytte.

For en kunde foreslo vi følgende inspeksjonsmetoder og -intervall, for en sikkerhetskritisk betongkonstruksjon i et værutsatt, marint område:

Videre er inspeksjonsprogrammet planlagt slik at den nærvisuelle inspeksjonen utføres samtidig som kjerneboring. I praksis betyr dette at konstruksjonen inspiseres annethvert år, med ulike omfang.

Et viktig prinsipp ved den risikobaserte tilnærmingen, er at man hele tiden benytter de nyeste inspeksjonsresultatene til å vurdere om inspeksjonsprogrammet bør endres. God loggføring av funn og observasjoner er svært viktig i denne sammenhengen.

Typiske funn

I vårt arbeid med inspeksjon av betongstrukturer har vi sett mange tilfeller av rustutslag i forbindelse med riss i betongoverflaten (bilde 2). Måling av overdekning har ofte da vist at armeringsstålet ligger mye nærmere betongoverflaten enn det som var beskrevet, og dermed har kloridprofilen nådd armeringsstålet og ført til korrosjon langt raskere enn det man hadde antatt. Bilde 3 viser korrodert bøylearmering på en pilar. Dette er også et tilfelle med for lite overdekning. I disse tilfellene har man anbefalt og fått utført utmeisling og sandblåsing for å fjerne dårlig betong og korrosjon, etterfulgt av påføring av ny betong og deretter et epoksybelegg. Noen typer konstruksjoner er også godt egnet for katodisk beskyttelse eller elektrokjemisk kloriduttrekk som metode for å stoppe armeringskorrosjonen.

Bilde 2  Rustutslag i forbindelse med riss

Bilde3. Korrodert bøylearmering

I andre tilfeller har det vist seg at korrosjonen har oppstått på rester av armering og andre forurensninger inne i betongen, og ikke på selve hovedarmeringen. Slike skader er naturlig nok mindre kritiske, og anbefalinger med tanke på reparasjoner vil variere med omfang og kapasitet.

Flere ganger har man sett nye korrosjonsutslag på områder som har vært reparert tidligere, mest sannsynlig fordi ikke all infisert betong har blitt fjernet. Dette viser viktigheten av at reparasjonsarbeidet utføres på en god måte.

Sprekker og rustutslag er som regel tegn på langt fremskredet nedbrytning. Man har sett tilfeller der betongoverflaten ser helt fin ut, før det tilsynelatende plutselig begynner å falle ned betong fra den. Ved å banke på betongoverflaten har man detektert «bom», det vil si delaminert betong, i store områder. Da høres en hul lyd på grunn av hulrommet mellom armeringen og betongoverdekningen. Dette kan selvfølgelig være svært farlig, både på grunn av skadene fallende betong kan medføre, og etter som konstruksjonen da tydeligvis er i langt dårligere forfatning enn det kan se ut som med det blotte øye.

Ved lokale korrosjonsangrep (gropkorrosjon) kan korrosjonsproduktene være såpass små i volum at de ikke har særlig til sprengkrefter. Man kan altså risikere at armeringen korroderer tvert av, uten at det vises på overflaten.

Noen skader er hovedsakelig av estetisk karakter. Da vil man kanskje la dem passere for noen typer konstruksjoner, mens utbedring kan være aktuelt for andre; for eksempel på fasaden til et bygg. Skader som går så langt at man får redusert armeringstverrsnitt kan gi redusert sikkerhet og føre til sammenbrudd, og må naturlig nok prioriteres for utbedring.

God kontroll med tilstanden til konstruksjoner, og vedlikehold av disse, vil kunne øke levetiden betraktelig. Et eksempel er broer, hvor dette vil representere store samfunnsmessige økonomiske besparelser. Miljøaspektet bør også nevnes, da produksjon av råvarer til sement fører til store CO2-utslipp. Økt sikkerhet er vel likevel den viktigste grunnen, og god nok grunn i seg selv, til at man bør prioritere inspeksjons- og vedlikeholdsarbeid på betongkonstruksjoner.

Kommentarer

Foreløpig ingen kommentarer

Legg igjen en kommentar

-