I detta projekt kartläggs de förändringar i provkroppar av betong med tillsats av främst slagg och flygaska som har uppkommit efter fyra vintersäsongers exponering vid RV40 i Borås. Dessa förändringar jämförs med resultat från laboratorieprovningar på provkroppar härdade på olika sätt i laboratoriet av samma betongblandningar utförda eller påbörjade inom de första 91 dygnen från gjutning. Vissa andra egenskaper har också studerats i avsikt att kasta ljus på den yttre eller inre nedbrytning som skett i fält.
De provkroppar som undersökts tillverkades inom BBT-projektet 2013:22 "Saltfrost-provningsmetodens tillämplighet på betong innehållande slagg, flygaska och kalkstensfiller" vilket redovisats i [1]. Det främsta syftet med det projektet var att undersöka om salt-frostprovningsmetoden i SS 137244 [2] ("slab method" i CEN TS 12390-9 [3]) ger resultat som motsvarar den nedbrytning som erhålls vid verklig salt-frostexponering för blandningar med tillsatsmaterial som slagg och flygaska, eller om modifieringar av metoden krävs.
I detta projekt har samtliga provkroppar (fyra per vardera av de 14 blandningarna) som fältexponerats vägts och mätts. Dynamisk E-modul beräknad utifrån uppmätt egenfrekvens och ultraljud har också registrerats på dessa. Tre av de fyra provkropparna har därefter återförts till RV40 för framtida undersökningar, medan en provkropp per blandning har undersökts närmare vad gäller karbonatiseringsdjup, kloridinträngning, förekomst av mikrosprickor, förändringar i ytan samt fördelning av vissa grundämnen i provkropparna. Resultaten har jämförts med de laboratorieresultat som erhölls inom BBT-projektet 2013:22 och med fältresultat efter fyra år från ett annat projekt med liknande inriktning [4].
Mätresultaten visar att fyra års exponering i en miljö med saltning inte är tillräcklig tid för att kunna utläsa en betongs motstånd mot salt-frostavflagning genom att registrera ändring i massa eller volym hos provkroppar. Under de första åren i en fuktig miljö sker en fortskridande hydratisering som binder ytterligare vatten kemiskt, och ökar provkroppens densitet. Detta gäller i synnerhet för betongblandningar med flygaska och viss mån även betong med slagg som har en långsammare reaktionshastighet och strukturutveckling initialt än vad en ren portlandcementbetong har. Det är inte förrän efter åtminstone ett års exponering, då hydratiseringen och hållfasthetsutvecklingen avstannat helt eller nästan, som förändringar i vikt eller massa kan börja relateras till yttre nedbrytning. Efter fyra års exponering av provkropparna har det heller inte skett någon klart märkbar förändring av den exponerade ytan, inte ens hos de betongblandningar som inte innehåller tillsatt luft.
De fortgående reaktionerna påverkar även den uppmätta egenfrekvensen och transmissionstiden, som återspeglar förändringar i dynamisk E-modul och den inre nedbrytningen. När det gäller den inre nedbrytningen mätt genom registrering av egenfrekvens (RDMFF) fås dock betydligt mer utslagsgivande resultat efter fyra år i fält än vad registrering av massa och volym ger. Provkroppar från två blandningar uppvisar en betydande minskning, ner till c:a 60 % av ursprunglig E-modul: en med 20% flygaska utan luftporbildare (A20FU) och en med 35% slagg och luftporbildare (R35S). A20FU uppvisade också stark avflagning då betongblandningarna provades enligt SS 137244 [2], medan R35S då inte visade några tecken på nedbrytning. Ett par andra blandningar, en med 20 % slagg utan luftporbildare och en med 65 % slagg med luftporbildare visade en klar tendens till inre nedbrytning både i fältförsöket och vid salt-frostprovningen. För vissa blandningar uppvisar en av de fyra provkropparna betydande nedbrytning mätt med egenfrekvens efter fyra år, men inte de övriga tre, alla med minst 20 % flygaska eller slagg. Av dessa var det bara en som visade tendens till nedbrytning vid den initiala salt-frostprovningen.
Mätning av inre nedbrytning gjordes dels med registrering av egenfrekvens dels med registrering av transmissionstid (UPTT), och resultaten korrelerar ganska väl med varandra, med ett par undantag. När det gäller den blandning (R35S), som vid egenfrekvensmätningen uppvisade stor nedbrytning, så återspeglas inte det i UPTT-värdena. Mätvärdet för R65S med UPTT indikerar en större nedbrytning än mätvärdet med egenfrekvens.
Den mikroskopiska undersökning visade att i provet utan luftporbildare som visade stor inre nedbrytning (A20FU) var sprickfrekvensen hög, och sprickorna som utgick från kanten av ballastkornen vek av ut i cementpastan och hade en betydande längd (40-50 mm) och bredd. I vissa fall har det bildats en luftspalt mellan ballastkorn och cementpasta. I övriga prover förekom det fina mikrosprickor, främst vid kanten av ballastkornen, som inte bedömdes påverka betongens egenskaper nämnvärt.
I proverna med slagg och luftporbildare som också uppvisar en klart märkbar inre nedbrytning (R35S och R65S), noteras också en ganska hög sprickfrekvens. Men mer slående är att de har en genomgående dålig fördelning av luftporerna, vilka tenderar att ansamlas runt ballastkorn. Detta är troligtvis en avgörande faktor för det dåliga motståndet mot inre nedbrytning. Detta skulle kunna bero på ett olämpligt val av luftporbildare för den aktuella bindemedelssammansättningen (CEM I 52,5 R och 35 respektive 65 % slagg). Provet med CEM I 42,5N-SR3 LA/MH och 35% slagg (A35S) uppvisar inte samma inre nedbrytning. Denna har dock inte analyserats med mikroskopi. Generellt konstaterades i [1] att luftporbildare inte har samma positiva inverkan på frostresistensen när större mängder slagg ingår som i blandningar utan slagg. I blandningar med flygaska är de däremot av stor vikt för frostbeständigheten.
I proverna med flygaska noterades vid den mikroskopiska analysen reaktionsprodukter, troligtvis ettringit, i luftporerna vilket kan ha bidragit till en sämre frostbeständigheten genom att luftporernas funktion försämras. Detta kan påverka både den inre frostbeständigheten och salt-frostavflagningen. Ettringit som bildas när betongen har hårdnat kan också ge upphov till skador p.g.a. svällning vid försenad ettringitbildning, se till exempel avsnitt 2.7.2 i [5].
Kloridprofiler från den sågade överytan och inåt i fältprovkropparna togs fram med två olika metoder. På några provkroppar användes titrering och på några användes μ-XRF. Titreringen gjordes ner till 25 mm djup, medan μ-XRF gav profilen ner till 60 mm djup.
När flygaska används fås en större kloridinträngning efter 4–5 års exponering vid RV40 i skiktet ner till ca 20 mm djup, och ju högre andel flygaska desto längre in från ytan återfinns den punkt där halten klorid är som störst. Däremot blir kloridhalten lägre längre in i provkroppen med flygaska än utan.
Med slagg i blandningen minskar kloridinträngningen. I detta projekt är motståndet mot kloridinträngning när ett CEM I 52,5 R ("R-cement") används som störst med 35 % slagg och när ett CEM I 42,5 N SR3/LA/MH ("A-cement") används med 20 % slagg. I blandningen med R-cement och 65% slagg (R65S) har en betydligt större kloridinträngning och fluktuerande kloridprofil uppmätts än i blandningen med 35 % slagg (R35S). Detta kan bero på den mycket ojämna och dåliga luftporfördelningen i denna provkropp, med ansamling av luftporer vid ballastkorn, vilket kan öka permeabiliteten för klorider.
En viktig frågeställning i BBT-projektet 2013:22 [1] var att kartlägga karbonatiseringens inverkan på salt-frostbeständigheten och eventuellt modifiera den använda salt-frostprovningsmetoden så att denna inverkan beaktades. I det projektet accelererades karbonatiseringen därför dels genom att utsätta provytan för 1 % CO2 en vecka innan frysprovningen startades, och dels genom att låta provytan exponeras för 65% RF och normal laboratorieluft under tre månader innan frysprovningen. Genom mätning av karbonatiseringsdjupet på fältproverna konstaterades att för att simulera 4-5 års naturlig karbonatisering i vägmiljö, med resultat på säker sida, borde provkropparna sågas vid c:a 60 dygn och därefter utsättas för 1 % CO2. Att utsätta provkropparna för koldioxid vi 21 dygns ålder ger större karbonatiseringsdjup än efter 4 -5 års fältexponering. Dock måste man ha i åtanke att 4–5 år är en kort tid i förhållande till en betongkonstruktions livslängd som kan vara upp till 120 år eller längre. Vilken koldioxidexponering som bäst motsvarar karbonatiseringen på lång sikt, och i vilken mån det är relevant för frostbeständigheten kommer att framgå av framtida undersökningar av de fältexponerade provkropparna.
Karbonatiseringsdjupet ökade ju högre andel av portlandcementklinkern som ersattes med flygaska eller slagg, proportionellt sett mest med flygaska. Det mer finkorniga R-cementet gav något mindre karbonatiseringsdjup A-cementet. Tillsättning av luftporbildare ger något högre karbonatiseringsdjup än utan.
Angreppet på en betongyta vid en trafikerad väg består inte bara av temperatur-variationer och exponering för klorider. Där ingår också omväxlande perioder med vatten i form av regn, spolning eller skvätt från vägbana och torra perioder vilket kan leda till urlakning av lättlösliga ämnen i betongytan.
Halten av alkalierna natrium och kalium är starkt reducerad i ytskiktet, och en gradient har uppstått i provkroppen. Det natrium som tillförs genom saltning ersätter inte de alkalier som fanns i cementet från början och som lakats ut i de yttersta millimetrarna.
Någon urlakning av kalcium verkar däremot inte ha uppstått efter 4–5 års exponering.
I blandningarna med flygaska visas tecken på urlakning av aluminium (Al), och i blandningarna med 65 % slagg har magnesium (Mg) urlakats. Samtidigt har i dessa blandningar svavel urlakats, vilket tyder på att det är sulfater innehållande Al och Mg som urlakats.