Electroosmosis is an electrokinetic phenomena which is applied in some technical fields. It is also applied large scale for transport of moisture out of basements. We see the method of electroosmosis as an opportunity for solving moisture problems in basements. However, there is a need to develop both the technology for the method and the understanding about what to expect out of it. Better methods are needed to predict whether the method will work in a particular case. © The Authors.

I april 2018 startades fortsättningsprojektet Korrosionsprovning av olika typer av bergbultar i tunnlar - långtidsexponering med inriktningen att ta fram nya krav på korrosionsskydd av bergbult och andra produkter utsatta för sprickvatten från berg med hög kloridhalt. Projektet förväntas även ge ett tekniskt underlag för val av material och beläggningar.

Denna slutrapport redovisar resultat upp till åtta års korrosionsprovning av delvis ingjutna bergbultar exponerade i bergväggen i Muskötunneln och i Äspötunneln. I undersökningen ingår bergbultar av obelagt kolstål, rostfritt stål (tre stålkvaliteter), varmförzinkat samt varmförzinkat och epoxibelagt.

Provmaterial var rundstång av kolstål och kommersiellt tillverkade bergbultar som var varmförzinkade, varmförzinkade och epoxibelagda samt utförda i rostfritt stål. För att studera korrosionen och korrosionsskyddsförmågan för injekterade bergbultar tillverkades provkroppar genom att gjuta in provmaterialen i anläggningscement. Provkroppar infördes i förborrade hål i Muskötunneln och i Äspötunneln. Dessa två tunnlar utvaldes som provplatser på grund av känd hög kloridhalt i grundvattnet.

Samtliga korrosionsprovade bergbultar har varit utsatta för ett stillastående vatten i berget under hela provningstiden.

Obelagda kolstålsbultar har efter åtta års exponering i trafikutrymmet frätgropar upp till 1350 μm i Äspötunneln och 370 μm i Muskötunneln. Synliga lokala korrosionsangrepp förekommer varken på de ingjutna bergbultsdelarna eller på stålytor omgivna av vatten inne i berget.

Bergbultar i rostfritt stål har inga synliga korrosionsangrepp efter åtta års korrosionsprovning varken inne i berget eller i trafikutrymmet i någon av tunnlarna.

Varmförzinkade bergbultar har vitrost på utstickande ytor exponerade i trafikutrymmet och inne i borrhålen. För bultar med ca 45 μm ursprunglig zinkskikttjocklek är zinkskiktet lokalt helt bortfrätt i kontakt med anläggningscement efter åtta års korrosionsprovning. Korrosionshastigheter för både ingjutna ytor och fritt exponerade för vatten längst in i berget varierade mellan 7,7 och 12,2 μm zink per år i de båda tunnlarna. För de utstickande delarna i trafikutrymmet uppmättes en korrosionshastighet mellan 1,6 och 3,1 μm i de båda tunnlarna.

Epoxibelagda varmförzinkade bergbultarDålig vidhäftning vid blottlagda skador hos beläggningen har konstaterats för ett av två beläggningssystem efter åtta års exponering. Samtliga exponerade beläggningar utan blottlagda skador var helt oskadade med en mycket bra vidhäftning mot underlaget. Det är viktigt att beläggningens vidhäftning kontrolleras noga efter applicering av beläggningen.

Grundvattnets påverkan av anläggningscementAnalyser av vattnet i borrhålen efter åtta år kunde påvisa att pH-värdet och alkaliniteten var hög genom inverkan av anläggningscement. Det höga pH-värdet och den höga alkaliniteten tillsammans med en låg syrehalt ger tillräckligt korrosionsskydd för kolstål, rostfritt stål och epoxibelagda varmförzinkade även vid mycket höga kloridhalter i grundvattnet. Inget flödande grundvatten har kunnat konstateras i något av borrhålen.

Sammanfattningsvis framgår det av resultaten efter åtta års korrosionsprovning att välinjekterade förstärkningsbultar av kolstål, rostfritt stål och epoxibelagda varmförzinkade med god vidhäftning kommer att få en lång livslängd så länge den alkaliska miljön runt bultarna är intakt. Om kolstålsbultarna utsätts för flödande grundvatten med hög kloridhalt och hög flödeshastighet så att vattnet inte hinner alkaliseras runt bultarna kommer korrosionshastigheten på kolstålet att öka något.

The electrochemical properties of various iron oxide scales on steel exposed in saturated calcium hydroxide solutions were investigated. The iron oxide scales were manufactured by different heat treatments and grinding processes and characterized using X-ray diffraction and scanning electron microscope. The electrochemical properties of the scales were assessed by measuring the corrosion potential and using electrochemical impedance spectroscopy and potentiodynamic polarization curves. It was found that wustite and magnetite are less noble compared to hematite but are more effective as cathodic surfaces. The results show that the electrochemical properties of the mill scale can be an important contributing factor in the corrosion of steel in concrete.

Denna rapport omfattar slutrapporteringen av forskningsprojektet - Ny provningsmetodik för bedömning av bindemedlets korrosionsskyddande förmåga i betong – Underlag till LCA och livslängdsbedömning. I rapporten redovisas resultat från elektrokemiska undersökningar utförda på laboratorium och korrosionsprovningar i fält. Undersökningarna har genomförts av Swerea KIMAB, RISE CBI Betonginstitutet (väst och öst) samt Chalmers. Projektets mål har varit att genom en nationell samling av expertis ta fram en ny provningsmetodik som på ett enkelt och tillämpbart sätt ska utvärdera olika bindemedels korrosionsskyddande förmåga i betong. I denna undersökning har framför allt tiden till initiering av korrosion (gropfrätning) från det att kloriderna har nått stålytan och tills gropfrätning har initieras på stålytan undersökts. Tre olika accelererade elektrokemiska mätmetoder har använts och jämförts:

 Potentiostatisk mätmetod

 Potentiodynamisk mätmetod

 Galvanostatisk mätmetod

Den framtagna provningsmetodiken med framställning av provkroppar har visat sig fungera väl. För att minska spridningen är det emellertid viktigt att använda en homogen och rengjord stålyta utan glödskal. Glödskalet avlägsnas lämpligast genom slipning eftersom betning kan bygga upp ett passivskikt på stålytan. För att undvika att betongrester fastnar på stålytan ska släta provstänger användas.

Sammanfattningsvis kan sägas att resultaten från laboratorie- och fältmätningarna samt analyser av bindemedlens korrosionskänslighet genom TG- och XRD-analyser visade att denna kombination av mätningar ger ett bra verktyg att bedöma den korrosionsskyddande förmågan hos olika bindemedel. En sammanställning av rangordningen för bindemedlens korrosionsskyddande förmåga redovisas i tabellen nedan.

Den korrosionsskyddande förmågan hos de undersökta bindemedlen rangordnas från en sammanvägning av de olika provningsmetoderna:

 bra < 1,5 och

 1,5 ≥mindre bra ≤2,5 och

 dåligt > 2,5.

Som rangordningen visar i tabellen så har bindemedel med slagg och portlandcement med hög C 3A en bra korrosionsskyddande förmåga. Detta beror till största delen på kapaciteten att bilda Friedels salt från monosulfat under härdningsprocessen. Bindemedel som har en låg korrosionsskyddande förmåga har ett lågt C3A-innehåll och en inblandning av flygaska och/eller silika. Det medför dessutom en utspädningseffekt på förmågan att bilda Friedels salt.

Bridge edge beams may take up to 60% of the life-cycle measure costs of a bridge and cause considerable user costs because of roadworks. The Swedish Transport Administration presented new edge beam solutions that could become better for the society in terms of cost. Stainless steel has been considered for enhanced durability, preventing expensive maintenance. The purpose of this paper is to motivate the use of stainless steel in the solutions proposed. A life-cycle cost analysis is carried out to evaluate the cost-efficiency of a concrete integrated edge beam with stainless and carbon steel reinforcement in a bridge project. The influence of the discount rate is addressed by a sensitivity analysis. Stainless steel is shown to lead to cost-efficient edge beam solutions. Low discount rates encourage using better quality designs with higher investment costs but lower lifecycle measure costs and user costs, which supports the use of stainless steel.

Reinforced mortar samples were exposed in humidity chambers with different relative humidity or exposed in cyclic moisture conditions. The rebars were in an “as received” condition meaning that the preexisting oxide scale were intact. The lowest chloride concentration that initiated corrosion was 1% Cl− by mass of cement, corrosion was then observed for samples exposed at 97% relative humidity. It is suggested that the corrosion rate decreases when samples are exposed to a relative humidity lower than 97%. The results indicate that threshold levels should be evaluated at rather humid conditions (97%) despite the fact that the maximum corrosion rate at higher chloride levels is observed in the interval 91–94%. For samples exposed to cyclic moisture conditions, a lower chloride concentration was needed to initiate corrosion compared to samples exposed in static moisture conditions.

Denna undersökning, som initierats av Svensk Kärnbränslehantering AB (SKB) och som utförts av Swerea KIMAB AB och CBI Betonginstitutet, omfattar fem års korrosionsprovning i Äspötunneln. Undersökningen omfattar sex betongblock (tre block med låg-pH betong och tre block med konventionell anläggningsbetong) med ingjutna provstänger av kolstål och tre stycken fyra meter långa bergbultar ingjutna i låg-pH bultbruk i Äspötunnelns tak och vägg. Betongblocken med ingjutna provstänger av kolstål har tidigare utvärderats efter 18 månader exponering, Vogt/2009, Ahlström & Sederholm/2010 och Bodén & Pettersson/ 2011. Beträffande de ingjutna bergbultarna har ingen utvärdering tidigare gjorts. Resultaten från undersökningarna sammanfattas nedan. Provstänger av stål ingjutna i betongblock • Provstänger av stål i de båda betongtyperna utan klorider visade försumbara korrosionshastigheter och bedömdes vara i passivt tillstånd. Det bör dock påpekas att ett fåtal lokala korrosionsangrepp kunde observeras på ändytorna på de provstänger som exponerats i låg-pH betong. • Provstänger av stål i låg-pH betong där betongblocken förexponerats i kloridlösning visade försumbara korrosionshastigheter och bedömdes vara i passivt tillstånd. För provstänger av stål ingjutna i en anläggningsbetong, betongblock förexponerade i en kloridlösning, uppmättes en korrosionshastighet av ca 13 μm/år efter fem års exponering. Orsaken till skillnaden är att kloridhalten varit låg vid stålytan under exponeringen på grund av långsam kloridtransport i den täta låg-pH betongen. • På provstänger av stål ingjutna i låg-pH betong med ingjutna klorider uppmättes en korrosionshastighet av ca 13 μm/år och i anläggningsbetong med ingjutna klorider en korrosionshastighet av ca 2,3 μm/år, efter fem års exponering. Sammanfattningsvis kan sägas att korrosionshastigheten hos provstänger i betongblock med ingjutna klorider i en låg-pH betong är betydligt högre, 5-6 gånger högre, jämfört med korrosionshastigheten hos provstänger av stål som varit ingjutna i betongblock med anläggningsbetong, under fem års exponering i Äspötunneln. _x0001_ Bergbultar injekterade med bultbruk (låg-pH pasta och låg-pH bruk) • Inga korrosionsangrepp kunde konstateras på någon av de undersökta bergbultarna som varit injekterade i låg-pH bultbruk. • Inga krympsprickor kunde konstateras i något av de undersökta bultbruken. • Vidhäftningen mellan bergbultarna och de båda bultbruken var god. • pH-värdet hos bultbruken varierade mellan 11,3 och 11,9. • Ca/Si-kvoten i bultbruken visade att ingen urlakning skett hos bultbruken under fem års exponering. Sammanfattningsvis kan sägas att de tre undersökta bergbultarna är i mycket god kondition efter att ha varit ingjutna i låg-pH bultbruk med och utan ballast i ca 5 år i Äspötunnelns bergvägg och innertak. Eftersom ingen urlakning av bultbruken skett under exponeringstiden kan det konstateras att inget flödande vatten från sprickor i berget varit i kontakt med bultbruken och bergbultarna. Både syrehalten och fukthalten har varit låg under försökets gång.

Föreliggande rapport avslutar FoU-projektet - Rostfria ståls korrosionsegenskaper i betong med en hög fukt- och kloridhalt. I rapporten ingår resultat från fyra delrapporter som tidigare publicerats inom projektet. I rapporten ingår även nya resultat från två års utomhusexponering i havsvatten och i stadsatmosfär av betongingjutna provstänger av rostfritt stål (kamstänger) av stålkvaliteten EN 1.4301, 1.4436, 1.4162, 1.4362 och 1.4462 samt provstänger av kolstål ihopkopplade med rostfria provstänger för att undersöka risken för galvanisk korrosion på kolstålet. Betongblock av tre olika betongkvaliteter (OPC C45/55, CEM I, PFA C32/40, CEM IIB-V och GGBFS C32/40, CEM IIIA) ingår i undersökningarna. Vid utomhusexponering i stadsatmosfär innehåller betongblocken före exponering 2-10 mass-% klorider per bindemedelsvikt och har ett täckande betongskikt av 15 mm och ett vbt av 0,45. Vid utomhusexponering i havsvatten innehåller samtliga betongblock före exponering en total kloridhalt av 3 % klorider per bindemedelsvikt och ett täckande betongskikt av 15 mm och vbt 0,45. Samtliga utförda undersökningarna (utomhus och på laboratorium) visar att rostfri stålarmering av stålkvaliteten EN 1.4301, 1.4436, 1.4162, 1.4362 och 1.4462 har betydligt bättre förmåga att motstå korrosionsangrepp i en kloridhaltig betong jämfört med ett vanligt kolstål. Förmågan hos rostfri armering att motstå korrosionsangrepp i en kloridhaltig betong beror framförallt av halten legeringsämnen som finns i det rostfria stålet. De legeringsämnen som har stor betydelse för det rostfria stålets förmåga att motstå korrosionsangrepp är framförallt krom, nickel, molybden och kväve. Det framgår vidare att korrosionshärdigheten hos fem olika rostfria stålkvaliteter som ingått i laboratorieundersökningarna ökar enligt följande ordning: (sämst) EN 1.4301 < EN 1.4162 < EN 1.4436 < EN 1.4362 < EN 1.4462 (bäst). Vid en total kloridhalt av 3 % per bindemedelvikt i betongblock med olika bindemedel (OPC C45/55, CEM I, PFA C32/40, CEM IIB-V och GGBFS C32/40, CEM IIIA) som exponerats delvis nedsänkta i havsvatten i två år kunde inga för ögat synliga, korrosionsangrepp konstateras på rostfria provstänger av stålkvaliteten EN 1.4301, 1.4436, 1.4162, 1.4362 och 1.4462.