Karakteristisk rissmønster forårsaket av alkalireaksjoner i betong. Foto: Jan Lindgård/SINTEF
I 1990 startet SINTEF og NTNU forskning på alkalireaksjoner i betong. Denne langsomme kjemiske prosessen utgjør en betydelig trussel mot Norges betonginfrastruktur, som broer, dammer og kraftverksfundamenter.
– Forskningen ga relativt raskt et faglig grunnlag for å etablere prøvingsmetoder og regelverk i Norge for å unngå alkalireaksjoner i nye konstruksjoner, forteller seniorforsker Jan Lindgård i SINTEF til sintef.no.
I tillegg til å forbedre nye konstruksjoner, fokuserer forskningen på rehabilitering av eksisterende infrastruktur samt reduksjon av klimagassutslipp.
Flere tusen konstruksjoner kan utvikle skader
Mesteparten av betong i norsk infrastruktur ble bygget før 1990, altså før forskningen på alkalireaksjoner startet opp, og før vi ble oppmerksomme på at dette er noe som angår oss her til lands. Det er derfor fortsatt flere tusen betongkonstruksjoner i Norge som kan utvikle skader.
I følge sintef.no har Norge rundt 12 000 betongbruer, flere tusen betongdammer, og mange hundre tusen betongfundamenter til hovedstrømledningene.
– Et godt estimat er at et effektivt rehabiliteringstiltak som kan forlenge levetiden med ca. 30 år bare vil medføre en kostnad og et CO2-utslipp på 5–10 prosent i forhold til alternativet med riving og nybygging, sier Lindgård til SINTEF.
Fra flygeaske til vulkansk aske
Klinker er et mellomsteg i sementproduksjonen bestående av kuler med kalkstein og aluminiumsilikat som har blitt varmet opp til 1400 grader. Dette er en svært energikrevende prosess som slipper ut store mengder karbondioksid.
De siste 30 årene har flere sementprodusenter benyttet flygeaske, som er et restprodukt fra kullfyrte kraftverk, for å erstatte deler av sementklinkeren. Ettersom kullkraftverk er i ferd med å fases ut (i vår del av verden) har vulkansk aske fra Island vist seg som et nytt og lovende materiale.
Til tross for at den vulkanske asken må tørkes og finmales, har det et veldig lavt CO2-avtrykk sammenlignet med sement, så iblanding av rundt 20 prosent vil forbedre sementens klimaregnskap betydelig, skriver sintef.no.
– Dette naturlige materialet har tilnærmet tilsvarende egenskaper som flygeaske når det er blandet i sement, blant annet ved å forhindre skadelige alkalireaksjoner, forteller senior prosjektleder Børge Johannes Wigum fra Heidelberg Materials til SINTEF.
Han har ledet forskningen på utvikling av mer bærekraftige sementtyper i samarbeid med NTNU og SINTEF.
En viktig del av forskningen har også vært å bruke lokale ressurser istedenfor å transportere sand og stein over lange avstander. Dette har både økonomiske og miljømessige fordeler.
Alkalireaksjoner
Betong består av sement, vann og tilslag (sand og stein). Når alkalireaktive bergarter i tilslaget reagerer med høye pH-nivåer i sementpastaen, dannes en alkali-silika-gel som absorberer fuktighet og utvider seg. Dette fører til sprekker, nedbrytning og svekket bæreevne i konstruksjonene.
Alkalier er basiske stoffer. I betong refererer alkalier hovedsakelig til kjemiske forbindelser som natriumoksid og kaliumoksid. Disse stoffene finnes i sementen og kan bidra til alkalireaksjoner når de kommer i kontakt med visse mineraler. Det typiske mineralet er kvarts, men også andre former for silika kan reagere.
