Modellering korrosion i nya typer av betong

Armeringskorrosion i betong bidrar avsevärt till att begränsa livslängden hos betongkonstruktioner. Flera faktorer påverkar korrosionen: omgivning, betongegenskaper och konstruktionens design. Vad beträffar designen finns flera tillvägagångssätt för att minska korrosionen, däribland tjockare täckande betongskikt, användning av rostfria armeringsstänger eller katodiskt skydd. Även om dessa åtgärder innebär en viss besparing av underhållskostnader, innebär de högre material- och designkostnader. I många fall kan det istället vara mer kostnadseffektivt att anpassa betongens tillsatsmedel och bindemedel efter exponeringsmiljön.

Modellering är ett kraftfullt verktyg för att utvärdera hur olika design påverkar kostnaden för betongkonstruktioner. Tyvärr saknas enkla modeller inom exempelvis byggandet av vägar, broar och tunnlar.

Detta projekt handlade om att undersöka korrosionsförloppet i vägmiljö på armeringsstänger av kolstål i betong med olika bindemedel. Syftet med projektet var att utvärdera huruvida mekanistiska modeller kan hjälpa till vid beslut om design och underhåll av konstruktioner och infrastruktur byggda med armerad betong som innehåller olika typer av bindemedel. Målet med projektet var att utveckla och testa modeller för utvärdering av korrosionsförloppet på armeringsstänger i betonger med varierad sammansättning av bindemedel.

Viktiga resultat som projektet gav

Potentialen för mekanistiska modeller har undersökts och simuleringar har framgångsrikt gjorts för nya betongsammansättningar med armering i vägmiljö vad gäller korrosion. Möjligheterna för mekanistiska modeller att undersöka geometriska effekter i fler än en dimension, inte enbart längs tjockleken på täckskiktet i armerad betong, bedömdes som goda. Framtida arbete kunde identifieras och handlade om vilka typer av exponeringar som behövs göras för att få de nödvändiga parametrar modellerna behöver för att tillförlitligt kunna simulera fler nya typer av betong i vägmiljö.

Långsiktiga effekter som förväntas

Användningen av mekanistiska modeller möjliggör detaljerad analys vad gäller reaktioner, jontransport, vätning, gasupplösning och strömfördelning i rum och tid i armerad betong, egenskaper som styr huruvida korrosionsangrepp kommer ske. Användningen idag är dock begränsad p.g.a. avsaknad av vissa parametrar och valideringsexempel. Nästa steg blir att ta sig an de förbättringspunkter som identifierats under förstudien, främst att ställa upp experiment i kontrollerad miljö. Detta arbete kan bli relativt omfattande och kommer kräva att flera samarbetspartners involveras.

Upplägg och genomförande

Under arbetets början genomfördes en litteraturstudie för att få en överblick av tillgängliga modeller och experimentella data. Därefter ställdes en mekanistisk 1D modell upp och försök till validering av modellen till de nuvarande projektparternas mätningar och exponeringar gjordes. En förenklad modellstudie i 2D följde detta. Båda modelltyperna kunde visa värdefulla resultat vad gäller korrosion då betongens sammansättning och geometri förändrades. Flera punkter på förbättringsarbete av både experiment och modelleringsarbete kunde till slut ställas upp.