Betong

Vi bruker betong nok til å bygge 32 søyler til månen hvert år

Det eneste menneskene forbruker mer av, er vann.

Tårnene på Hardangerbrua rager 201,5 meter høyt. De måler 8,6x7 meter nederst og smalner av mot toppen der de er 4.5x4,5 meter. Veggene er 600 mm tykke, 800 mm ved de tre riglene som forbinder tårnene. Hvert tårnpar består av 10.400 m3 betong og 2150 tonn armeringsstål. Likevel er konstruksjonen fleksibel, i sterk vind vaier tårnparene flere meter fra til side.
Tårnene på Hardangerbrua rager 201,5 meter høyt. De måler 8,6x7 meter nederst og smalner av mot toppen der de er 4.5x4,5 meter. Veggene er 600 mm tykke, 800 mm ved de tre riglene som forbinder tårnene. Hvert tårnpar består av 10.400 m3 betong og 2150 tonn armeringsstål. Likevel er konstruksjonen fleksibel, i sterk vind vaier tårnparene flere meter fra til side. (Foto: Joachim Seehusen)

Det eneste menneskene forbruker mer av, er vann.

Betong er verdens mest brukte bygningsmateriale – med voldsom margin. Eksakt produksjon er ikke kjent, men gitt de vanligste blandingsforholdene, og siden produksjonen av sement er kjent, kan vi anslå verdens betongbruk ligger på 12,5 milliarder kubikkmeter årlig.

For å illustrere hvor mye dette er, kan vi tenke oss en betongsøyle på 1x1 meter. Vi må bygge 32,5 slike søyler hele veien fra jorden til månen før vi har brukt 12,5 milliarder kubikkmeter betong. Regnestykket bygger på en middelavstand på 384.400 kilometer.

Selv om betong har vært brukt veldig lenge, er utviklingen langt fra over. Nå er det primært to forhold som står på forskernes dagsorden. Det ene er klimagassutslipp, det andre er holdbarhet. 

I en kubikkmeter ferdig betong inngår gjerne 320 kilo sement, 190 kilo vann, 950 kilo sand og 900 kilo pukk. Forholdet kan variere noe, avhengig av ønsket betongkvalitet og bruksområde.

Klassifisering og kvaliteter

Eksponeringsklasser setter krav til betongkvalitet etter hvilket miljø betongen skal være i, hvor utsatt konstruksjonen er for nedbryting og hvilken beskyttelse armeringen i betongen har behov for.

Det er 19 eksponeringsklasser, delt i syv grupper. Lavest er X0, deretter følger XC1-4 der korrosjonsfaren kun kommer fra betongens naturlige karbonatisering (mer lenger ned). De høyere klassene gjelder der konstruksjonen er utsatt for kjemikalier, og for eksempel veisalting eller sjøvann.

Eksponeringsklassene gir også krav til overdekningen til armeringen. Dette er avstanden fra armeringen til nærmeste overflate. Overdekningen beskytter armeringen i betongen mot korrosjon og er typisk fra 35-100 mm.

Betong tåler trykk meget godt, trykkfastheten måles i MPa, megapascal som tilsvarer Newton/mm2. Trykkfastheten er inndelt i standardiserte klasser. Det er to målemetoder som begge er anerkjent i europeisk sammenheng; man kan bruke terninger (10*10*10 cm) eller sylindere (d=10 cm, h=20 cm). På grunn av betongens egenvekt (2400 kg/m3) foretrekkes ofte terninger, da de er mye lettere å håndtere (2,4 kg vs 12,7 kg).

Når fastheten er målt med en sylindrisk prøve gjenspeiles fasthetsklassene B10, B20, B25, B30, B35, B45, B55, B65, B75, B85 og B95 trykkfastheten i MPa. Da vil en B30 tåle et trykk på 30 MPa før den bryter sammen. Når man bruker terninger, blir verdiene noe annerledes. Da må man korrigere med en faktor som er oppgitt i standardverket. Produsenter og laboratorier bruker gjerne sylindre, mens i bygge- og anleggsvirksomhet brukes oftere terninger. Den gamle betegnelsen viste til tester utført på terninger, og da var karakteristisk fasthet på en C35 35 MPa. Størrelsen på terningene kan variere, 10x10 cm er ikke uvanlig.

Så følger bestandighetsklassifiseringen, som angir forholdet mellom vann og sement, VC-forholdet. Bestandighetsklassene velges ut fra eksponeringsklassene og benevnes M90, M60, M45, MF45, M40 og MF40, (F marker at det er en frostsikker betong, hvor man blant annet bruker lufttilsetting for å gjøre den frostsikker.) Jo lavere tall, jo mer sement er det i blandingen i forhold til vann, og jo bedre er fasthet, tetthet og korrosjonsmotstanden.

Armering gir strekkfasthet

Strekkfastheten i betong er svært lav. Derfor benyttes armering. Armering er som oftest kamstål i forskjellige diametere. Om armeringen er lagt i forskalingen før støp uten noen form for oppspenning er det en slakkarmering. I tillegg finnes forspent og etterspent spennarmering.

Forspenning, der armingen er spent opp før betongen fylles på, er mest brukt for industriell prefabrikkering av dekker og bjelker. Da overføres stålets kraft til betongkonstruksjonen ved heft mellom stål og betong. Når betongen etterspennes ligger armeringen ofte i føringsrør, og går så gjennom forankringsplater i hver ende som spennes opp ved hjelp av muttere. Man kan velge om rørene som spennarmeringen ligger i skal injiseres med fett eller med mørtel avhengig om man ønsker heft til betongen hele veien gjennom konstruksjonen eller endeforankret spennarmering.

Betong tåler strekkbelastninger dårlig - denne søylen blir utsatt for bøy, som gir strekk. Testen foregår under forsøk med karbonarmering. Foto: Empa

Armeringsstålet kan erstattes av kompositter, for eksempel glassfiber eller basaltfiber. Slik stangarmering er lite bruk. Fordelene er at det ikke kan oppstå korrosjon, dermed kan overdekningen (avstanden fra overflaten til stålet) reduseres noe. Slik armering brukes også der det er viktig å unngå elektromagnetiske felt eller induksjon av strømmer.

Forskjellige fibre blir i økende grad brukt som tillegg til stangarmering, men også som fullverdig erstatning. Det er ofte stålfibre, noen få millimeter tykke og noen centimeter lange. Det har lenge vært vanskelig å få aksept for bruk av fiber i bransjen, det er nå i ferd med endres.

I mars i fjor la Norsk Betongforening frem en veileder for bruk av fiberarmering, etter åtte års arbeid. En viktig fordel med fiberarmering er at det sparer tid. Å legge tradisjonell stangarmering er tidkrevende. Fiberen blandes derimot i betongen før den støpes ut. Entreprenøren kan da bruke selvkomprimerende betong, SKB. Slik betong har tilsetningsstoffer som gir den gode flytegenskaper. Vanlig betong trenger en vibrator, men slike kan få fibrene til å synke til bunns.

Et alternativ til stålfiber er basaltfiber. Det produseres i Norge, men bruken er så langt lite utbredt.

I enkelte tilfeller brukes polypropylenfiber, PP-fiber, blant annet i tunneler. Da er det ikke strekkfasthet, men brannsikring som er målet. Ved en brann vil fibrene smelte, og hulrommene de etterlater seg gir plass for varmeekspansjon av fukten/damptrykket i betongen. Resultatet er at betongen smuldrer opp i stedet for å sprekke (eksplodere) og ramle ned i store blokker.

Vegvesenet erfarte at dette fungerer da det oppstod brann i Follotunnelen i 2009. Da brannen var over, vasset man i betong pulverisert til størrelse som grov grus.

Korrosjon og alkaliereaksjoner

De to største utfordringene produsenter og brukere av betong står overfor i dag er klimafotavtrykk og varighet. Betongnæringen selv hevder at lang levetid er en stor fordel med betong. Men slik er det ikke alltid.

Ullasundbrua i Ålesund er et grelt eksempel. Den ble åpnet i 1969, men måtte erstattes allerede i 1998, på grunn av korrosjon. Korrosjon er, også internasjonalt, den viktigste årsaken til redusert varighet.

Det kan for eksempel benyttes god betongkvalitet og stor overdekning til armeringen, offeranoder er et alternativ, eller armering som ikke korroderer. Basalt- og glassfiber har vært nevnt. Sintef og Hydro jobber for å utvikle armering i aluminium. Det krever en sement med lavere pH-verdi. Utviklingen har nå kommet så langt at fullskalaforsøk står for døren.

Med aluminiumarmering blir behovet for overdekning sterkt redusert, entreprenøren bruker mindre betong og konstruksjonen gir mindre utslipp. Det skjer mye forskning og utvikling om lagvis produksjon, eller 3D-printing med betong. I Nederland er de første ordinære boligene ført opp på denne måten. 3D-printing vil også bidra til redusert bruk av betong.

Aluminium armering betong stål Harald Justnes CO2 klima
Denne benken er laget som en del av et forskningsprosjket der målet er å erstatte stålarmeringen med aluminium – som ikke korroderer. For å lykkes må forskerne utvikle en betong med lavere pH-verdi enn dagens kvaliteter. Foto: Overhalla

Korrosjon av armeringen forårsakes av klorider, fra saltholdig sjøluft og veisalting, men også fra den naturlige prosessen karbonatisering. Betong har høy pH-verdi, men siden betong tar opp CO2 fra luft, synker pH-verdien. Det skjer først i overflaten, og deretter innover i betongen.

Når pH-verdien synker lavere enn 9,5 forsvinner det beskyttende sjiktet av oksid rundt armeringsstålet, og stålet korroderer. Karbonatisering er en viktigere årsak til skader på betong enn salter.

Så er det alkaliereaksjoner: Sement inneholder alkalier, gjerne i form av kalium og natriumoksider. Alkalier kan trenge inn i tilslaget (stein og sand) og reagere med enkelte bergartsmineraler. Da dannes en alkaliegel. Denne gelen ekspanderer slik at betongen sprekker opp, og det blir enda lettere for alkalier og vann å reagere med hverandre. Alkaliereaksjoner er en kjemisk-fysisk prosess som bryter ned betongen. Dette oppstår inne i betongen, men er ofte synlig som krakeleringsmønster på overflaten. Rissene som oppstår øker faren for frostskader og korrosjon.

Kilder: Norconsult, Norsk Betongforening, NTNU, American Society of Civil Engineers og Teknisk Ukeblads arkiv.

Les også

Kommentarer (6)

Kommentarer (6)

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå