The influence of ageing on the salt-frost resistance of concrete

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Jämte korrosionsangrepp är skador på grund av saltfrostangrepp den vanligaste skadetypen hos betongkonstruktioner som utsätts för miljöer med fukt, salt och frost. Exempel på sådana miljöer är marina miljöer och tösaltade vägmiljöer. Betongens saltfrostbeständighet bestäms till stor del av betongsammansättningen, främst av förhållandet mellan mängden vatten och cement och av mängden inblandad luft, men också av olika åldringseffekter. Med åldring menas de mekanismer som med tiden förändrar betongens egenskaper. Denna rapport redovisar resultaten från en undersökning om effekterna av olika åldringsmekanismer på betongs saltfrostbeständighet. Följande mekanismer har undersökts: hydratation (dvs. reaktionen mellan vatten och cement), uttorkning, karbonatisering (dvs. reaktionen mellan det hydratiserade cementet och luftens koldioxid) Effekterna av åldring har studerats både på betong med enbart Porlandcement som bindemedel och på betong med tillsats av silika (upp till 10 %) eller slagg (upp till 65 %). För att separera effekterna av uttorkning och karbonatisering byggdes två identiska klimatkammare. Med hjälp av dessa kunde samma klimat med avseende på relativ luftfuktighet, temperatur och avdunstningshastighet bibehållas, samtidigt som koldioxidkoncentrationen kunde varieras. I detta projekt konditionerades provkroppar av betong under sju dygn i klimat med 65 % relativ fuktighet och temperaturen + 20 °C, antingen med förhöjd koldioxidhalt (~1 vol-%) eller utan koldioxid (filtrerad luft). Efter konditionering återuppfuktades provkropparna under tre dygn varefter frostprovningen påbörjades. För att undersöka effekten av ökad hydratation startades konditionering och därmed också frostprovning av vid olika ålder efter gjutning. Även vattenlagrade provkroppar som aldrig torkat frostprovades vid olika ålder efter gjutning. Resultaten visar att åldring har stor effekt på betongytans saltfrostbeständighet och att den mest dominerande åldringsmekanismen är karbonatisering. Effekten av karbonatisering är dock olika beroende på bindemedelstyp/kombination. För betong med enbart Portlandcement eller med inblandning av silika (upp till 10 %) eller slagg (upp till ca 30 %) leder karbonatisering till en markant förbättring av saltfrostbeständigheten. För betong innehållande stora mängder slagg (över 50 %) leder däremot karbonatisering till en märkbar försämring av saltfrostbeständigheten. För att klarlägga effekten av karbonatisering undersöktes porstrukturen hos karbonatiserat respektive okarbonatiserat bruk tillverkat med olika typer av bindemedel. Porstrukturen undersöktes bland annat genom kapillärsugningsförsök och bestämning av frysbar vattenmängd vid olika temperaturer. Resultaten visar att karbonatisering leder till en markant förändring av porstrukturen. Förändringen varierar dock beroende på bindemedelstyp. För bruk med enbart Portlandcement eller med inblandning av små mängder silika minskar mängden frysbart vatten vid normala temperaturer. För betong innehållande stora mängder slagg är effekten den motsatta, dvs. karbonatisering leder till en markant ökning av mängden frysbart vatten. Resultaten från denna undersökning tyder på att det är den markanta fysikaliska förändringen av materialets porstruktur och därmed i frysbar vattenmängd som är förklaringen till den stora inverkan karbonatisering har på saltfrostbeständigheten. Även en ’kemisk’ förklaring till den funna effekten av karbonatisering undersöktes, men inget stöd fanns för en sådan förklaring. Laboratorieundersökningarna kompletterades med fältundersökningar på tre fältprovplatser. På två av dessa exponerades betong för en salt och fuktig miljö (marin- respektive tösaltad motorvägsmiljö). Resultat efter upp till sju års exponering på provplatserna jämfördes med resultat från laboratorieförsök. Jämförelsen visar att resultaten funna i laboratoriet stämmer väl med erfarenheterna från fältundersökningarna.