Denna SveBeFo-rapport redovisar kunskapsläget för de beständighetspåverkande meka-nismerna i systemet berg-vatten-bult-cementbruk. Rapporten består av två delar där Korro-sionsinstitutet beskriver bultars korrosionsegenskaper och Cement och Betong Institutet, CBI, beskriver cementbrukets egenskaper och beständighet. Författare av Korrosionsinstitutets rapport är bergsingenjör Bertil Sandberg och författare av CBI:s rapport är fil dr Björn Lagerblad.
Inom detta projekt har endast behandlats problematiken runt cementingjutna bergbultars beständighet. Bultarnas bergmekaniska funktion beaktas således inte i detta projekt.
Här sammanfattas några viktiga konstateranden från de två studierna.
Det som i första hand påverkar ingjutna bergbultars beständighet är lågt pH, tillgång på syre samt tillgång på vatten.
Systemet med cementingjutna bergbultar är i sig ett kemiskt robust system som ger ett gott skydd för stålbultar utan annan skyddande behandling och som har en inbyggd självläkande förmåga. Det är den alkaliska miljön med högt pH-värde som ger systemet dessa gynnsamma egenskaper. En väl cementingjuten obehandlad bergbult har ett effektivt korrosionsskydd. Förutsättningen är att bulten är fullständigt ingjuten samt att man vid monteringen använder ett ingjutningsbruk med lågt vattencementtal, vct.
Med ett lågt vattencementtal, vct, finns ett överskott av ohydratiserat cement i bruket. Ingjut-ningsbruk med vct under ca 0,4 har alltid ett överskott på cementkorn som inte reagerat med vatten. Kommer vatten i kontakt med detta ingjutningsbruk reagerar cementet med vattnet och bidrar till självläkning av vattenförande sprickor.
I det fall defekter uppkommit i samband med bultmonteringen så att bulten inte fullständigt täcks av ingjutningen kan fara för korrosion föreligga. För att korrosion skall kunna upp-komma krävs emellertid dels tillgång på syre och vatten dels att betongen förändrats så att pH-värdet radikalt sänks. Bulten behöver därmed inte bli angripen om tillfört vatten är syre-fritt eller inte omsätts. Om vattnet inte omsätts blir det alkaliserat och därmed sker ingen korrosion. Enligt CBI´s rapport kan man inte påvisa någon negativ förändring av en ren cementpasta på åtminstone 100 år och det finns från geologiska analogier indikationer på att det inte sker någon kristallisation av cementgelen på 1000-tals år.
Defekter i bultingjutningen som resulterar i att bultstålet utsätts för strömmande vatten från större bergsprickor behöver inte heller innebära korrosionsrisk eftersom vattnet rör sig mot tunneln och normalt innehåller en begränsad mängd syre. För ett skadligt förlopp krävs en viss mängd vatten för att transportera bort så mycket cementkomponenter så att pH-värdet sänks samt att det ohydratiserade cementet som finns i ingjutningen förbrukas. Eftersom även syre måste finnas tillgängligt är risken för korrosion mycket liten om inte bergutrymmet ligger ytligt eller om sprickvattnet på annat sätt blir syrehaltigt. Låga pH-värden kan förekomma i
speciella geologiska miljöer och kloridinnehåll kan behöva beaktas i marin miljö och eventuellt som följd av vägsalter.
De teoretiska utredningar som ligger till grund för denna rapport visar att den typ av be-ständighetsproblem som man kan få i normala betongkonstruktioner inte är aktuella för cementingjutna bergbultar. De flesta för betong vanliga skademekanismer, som sulfatangrepp, alkalisilikareaktioner och frost, leder till expansion som kan fördärva betongkonstruktioner. Den avgörande skillnaden är att de ingjutna bultarna är inspända i berget. Om denna typ av fenomen ändå skulle inträffa, exempelvis på grund av sulfathaltigt vatten, ger svällningen ingen negativ verkan utan resultatet blir istället en ytterligare tätning av borrhålet.
Krympning kan orsakas av olika processer i bultarnas ingjutningsbruk, exempelvis uttorkning. Det slutna borrhålet medför dock ett bra skydd mot uttorkning. Om vissa förutsättningar är uppfyllda kan viss begränsad krympning ske i bergbultarnas ingjutningsbruk. Denna krympning är dock liten i jämförelse med den kemiska expansion som sker i bruket under ett stort antal år vid tillgång på vatten.
Enligt rapporterna finns ur beständighetssynpunkt ingen särskild anledning att använda Anläggningscement i samband med monteringen av bultar. Denna cementsort används allmänt idag eftersom den är sulfatresistent och skyddar mot olika svällningsreaktioner. Som framgår av ovanstående resonemang är det för ingjutning av bergbultar inte nödvändigt med sulfatresistent cement eftersom svällning inte är ett problem. Dessutom härdar Anläggningscement långsammare än standardcement vilket kan vara en nackdel.
Nyckelord: bergbult, bultbeständighet, korrosion
Cementingjutna bultars beständighet
Författare:
Kjell Windelhed, Björn Lagerblad, Bertil Sandberg
Rapportkategori:
SveBeFo-rapport
Rapportnummer:
58
Utgivningsår:
2002