I en by i provinsen Quebec i Canada har et byggefelt fått kjenne effekten av noen små mineralkorns evne til å bokstavelig talt ryste grunnmuren. Her hjemme har faren for at det samme skal skje kostet utbyggeren av en jernbanetunnel hundretalls millioner kroner.
Til venstre, et håndstykke av betong som viser tydelig oppsprekking som følge av at magnetkis har blitt omdannet og videre medført oppsprekking av betongen. Legg spesielt merke til mønsteret av sprekker som tydelig flettes sammen i et nettverk.
Bildene til høyre viser hvordan magnetkis i betongtilslaget har ført til at grunnmuren til et hus i Trois-Rivieres har sprukket opp og ført til store skader på grunnmuren som til slutt blir så alvorlige at grunnmuren må fjernes og erstattes med ny mur. Bilde til venstre: «Foto: Børge Johannes Wigum, NTNU og Heidelberg Cement Northern Europe» Bilde til høyre øverst: «Foto: Charles Tremblay, Laval Universitetet, Queebec, Canada» Bilde til høyre nederst: «Foto: Benoit Fournier, Laval Universitetet, Queebec, Canada»
|
Dette bidraget til årets formidingskonkurranse er skrevet av:
Kurt Aasly, Førsteamanuensis ved Institutt for geovitenskap og petroleum, NTNU
Fristen for innsending av bidrag til formidligskonkurransen er 31. mai 2020.
|
Etter at det i et boligfelt i byen Trois-Riviéres i Canada ble brukt knust lokalt fjell; sand og pukk, som tilslag i betongen, begynte grunnmurene ganske snart å sprekke opp og forvitre i stor hastighet. Dette har gitt alvorlige konsekvenser for et tusentall private boliger og store ekstrakostnader for beboerne, kun få år etter at husene stod ferdig.
Betongskader på grunn av sulfider har vært kjent i flere tiår. Grunnforholdene i Oslo-området førte tidligere til store skader på betong ved bygging i sulfidholdig alunskifer. «Alunskiferutvalget» utførte i etterkrigstiden et internasjonalt anerkjent forskningsprogram som løste de største utfordringene.
Hendelsen i Canada har imidlertid aktualisert problemet på nytt, også her hjemme. Spesielt gjelder dette for utbyggingen av jernbanetunnelen langs Follobanen øst for Oslo, et prosjekt med kostnadsramme på over 30 milliarder kroner. Her skulle kortreist, knust fjell fra tunnelen, brukes som tilslag til tunnelelementer. Dessverre viste det seg at rundt 2/3 av prøvene fra den knuste tunnelmassen inneholdt kritiske mengder av svovel og magnetkis. Tilslaget ble ikke godkjent for bruk i betong og måtte i stedet deponeres, mens godkjent tilslag ble levert fra en lokal leverandør.
Det mest vanlige sulfidmineralet er svovelkis eller narregull på folkemunne. Nærmeste slektningen til svovelkis er magnetkis som oppstår når svovelkis mister svovel via re-krystallisering. Disse mineralene finnes i mange bergarter i Norge, men oftest i svært små mengder. Follobanetunnelen ble drevet i ulike gneisbergarter, antakelig med ulikt sulfidinnhold.
Synderen her er altså sulfider som magnetkis, som består av jern og svovel (Fe1-xS). Når sulfidmineralene utsettes for et miljø med oksygen og vann, som i betong, reagerer de med omgivelsene. Til slutt dannes sulfatmineraler som ettringitt og gips som gir en ekspansiv reaksjon, eller thaumasitt og svovelsyre som spiser opp sementlimet.
De skadelige reaksjonene skjer etter at betongen er herdet, og kan beskrives som en eksplosjon i sakte film inne i betongen, der mineralene som dannes opptar mye større plass med påfølgende ekspansjon og oppsprekking av betongen.
I Norge har det til nå vært vanlig å bruke naturgrusforekomster som tilslag til betong. Gjennom erosjon og forvitring har naturgrus blitt vasket fri for de ustabile sulfidene. Nå er vi derimot i en situasjon der vi må erstatte dette med knust fjell, som er relativt uforvitret. Magnetkis som forekommer naturlig i bergarten vil følge med i et ferdig tilslag og inn i betongen.
Det er ikke rapportert om betongskader som følge av magnetkis i tilslag i Norge i nyere tid. For å sikre at vi ikke skal oppleve dette, starter vi nå et prosjekt for å finne løsninger på problemet. Vi fokuserer blant annet på å identifisere og karakterisere magnetkis og andre sulfider i berggrunnen før det brukes i betong. Vi må forstå i hvilke geologiske miljøer magnetkis er dannet. Denne kunnskapen er nødvendig for å unngå skadelige sulfidmineraler i betongtilslag i framtida.
Prosjektet har et foreløpig budsjett på 8-10 millioner kroner, og finansieres av Norges Forskningsråd, Statens Vegvesen og BaneNOR. Det vil fortsatt søkes etter flere partnere fra industrien. Prosjektet har et nært samarbeid med ledende internasjonale forskere i Canada.
De involverte forskningsmiljøene har lang erfaring med forskning på betongtilslag for å løse lignende problemstilling knyttet til bruken av alkalireaktive tilslagsmaterialer i betong i Norge. Norske forskere og forskningsmiljøer er ledende internasjonalt på dette området.
Tillatt innhold av svovel og magnetkis i tilslag er regulert gjennom europeiske og norske standarder. Utfordringen er å analysere svært lave verdier på en sikker og effektiv måte til en rimelig kostnad.
Prosjektet har som målsetting å komme fram til raske, nøyaktige analysemetoder og vil ta stilling til hva som er nødvendig omfang av prøving. I tillegg vil det være parallell aktivitet knyttet til å etablere grenseverdier for innhold av magnetkis i betong.
Nok en gang foreligger det store faglige utfordringer for optimal utnyttelse av lokal, kortreist stein i betong, der norske forskningsmiljøer ser frem til å finne løsninger, både nasjonalt og internasjonalt.
