Varmforzinkad armering

(Photo Credit: New York State Thruway Authority)

Bruk av varmforzinking for å beskytte armeringsstål mot korrosjon dokumenteres etter praktisk bruk i mange land. Mange smekre konstruksjoner har varmforzinket armering for å unngå sprekker og avflaking, og derved kostbart vedlikehold. Den sikkerhetsrisiko som nedfallende betong utgjør, spesielt i tettbygde områder, kan heller ikke ses bort fra.

Av en eller annen grunn får varmforzinkeren ofte beskjed om å ikke legge zink på den del som skal støpes inn i betong. Foruten at dette er et unødvendig tiltak, vil en slik ”delforzinking” fordyre forzinkingen. En grunn kan være at det har vært en oppfatning om at vedheften mellom betong og zinkbelegget vil være dårlig. Nøye testing har imidlertid vist at vedheften mellom zink og betong i de fleste tilfeller er så god at hardhendt behandling må til for å skille de.

Zink har i lange tider vært brukt som offeranoder for å beskytte båtskrog, kaianlegg, cisterner m.m mot korrosjon. Av aktuelle metalliske belegg har varmforzinking vist seg å være det beste. Varmforzinking av armeringsstål er brukt i mange år over hele verden, og har vist seg å tåle ”tøffe” forhold.

Undersøkelser bl.a. i Australia og på RISE KIMAB har vist at varmforzinking gir følgende fordeler:

• Korrosjon skjer kun under max. 36 timer etter innstøpingen, og angrepet er lite (2-5 µm).
• Zink gir katodisk beskyttelse på eksponert stål. Dette er en fordel ved avklipping, sveising, eller mekanisk angrep på armeringen.
• Vedheften mellom armeringen og betongen er god.
• Sprengning av betongen skjer ikke.
• Risiko for rustrenninger på betongen elimineres.
• Armert betong kan anvendes i mer aggressive miljø.
• Varierende betongkvalitet, f.eks. dårlig komprimering, kan tolereres.
• Tynnere dekksjikt kan brukes.

Praktiske forsøk gjort på RISE KIMAB viser at zink står meget godt i kloridholdig miljø. Opp til 1,5 % klorid i betongen gir ubetydelig korrosjon på zinkbelegget. Ubelagt stål angripes ved denne konsentrasjonen. Også høyere kloridinnhold motstår zink bedre enn stål, men levetiden reduseres. Ubelagt stål får, foruten allmenn korrosjon, også punktkorrosjon. Dette opptrer ikke på zinkbelegget.

Også i karbonatisert betong står zinkbelagt stål bedre enn ubelagt stål.

Varmforzinking av armeringen minsker risikoen for stålkorrosjon, skader på betongen, og gir derved lengre levetid og mindre vedlikeholdskostnader.

Når kostnader og konsekvenser av en korrosjonsskade analyseres, ser en at den ekstra kostnad som varmforzinkingen medfører er liten. Den kan ses på som en lav forsikringspremie som man bare behøver å betale en gang.

Prisen for varmforzinket armeringsstål kan være opp til 50 % mer enn for ubelagt stål. Denne utgift er imidlertid liten i forhold til de totale byggekostnader. Avhengig av byggets utforming er merkostnaden ofte en ubetydelig del av totalkostnadene.

Avflaking av betong på grunn av korrosjon på armeringsstålet.

Karbonatisering

Normalt gir betongens høye pH god beskyttelse til den svarte/ubehandlede armeringen. Over tid kan imidlertid karbondioksid i luften trenge inn i betongen og deretter senke pH-verdien. Dette kalles karbonatisering.

Korrosjonsprosess i armering

Spalling-ConcretePERFORM

•Væske/fuktighet og eventuelle klorider trenger inn i betongen.

• Den ubehandlede armeringen korroderer.

• Korrosjonsproduktet har et stort volum og legger trykk på betongen.

• Når trykket blir for høyt, sprekker betongen og deler seg (rustsprenging).

• Når  armeringen er blottlagt, akselererer korrosjonsprosessen.

Varmforsinking som korrosjonsbeskyttelse for armeringsstål har blitt brukt i flere tiår i kystområdene i den nordlige delen av USA, samt i store deler av Canada. Bruken av varmforsinket armering øker på grunn av de åpenbare fordelene fra et korrosjonssynspunkt, mens prisen er lavere sammenlignet med for eksempel epoksybelagt armering. For noen år siden ble det utført en inspeksjon av broene i Pennsylvania, Vermont, Wyoming, Florida og Michigan, som alle ble bygget på 70-tallet.

Omfattende feltstudier av veibroer

Den gode korrosjonsbeskyttelsen i varmforsinket armering vises tydeligst ved hjelp av feltstudier av armering som er eksponert for vanskelige forhold i mange årtier. Både langs kysten av Florida og i de nordlige delene av USA trenger korrosive klorider inn i betongen  i form av saltmettet vanndamp. Klorid trenger inn i betongen og akkumuleres i slike mengder at korrosjon  oppstår. Takket være korrosjonsproduktene som dannes fra sink, er det underliggende stålet beskyttet mot angrep. Construction Technology Laboratories (CTL) har undersøkt flere broer plassert i aggressive miljøer rundt om i USA. CLT utførte potensialmålinger på hver bro som ble undersøkt for å finne ut hvor korrosjonsangrepet var størst. Når disse områdene ble  kartlagt, ble det tatt prøver og
kloridinnholdet på overflaten av armeringsstålet og tykkelsen på sinklaget ble fastslått. Nedenfor viser vi et sammendrag av den evalueringen som ble utført.

LONGBIRD BRIDGE, BERMUDA

En av de eldste broene som er bygget med varmforsinket armering er Bermudas Longbird Bridge. Broen ble bygget allerede i 1952, og den siste evalueringen ble gjort i 1995. Etter 42 års bruk var den gjennomsnittlige tykkelsen på sinklaget fortsatt høyere enn den nedre grenseverdien som gjelder for nytt varmforsinket armeringsstål, noe som indikerer at ytterligere 40 års levetid kan forventes. Dette til tross for at utgangspunktet ikke var det mest gunstige fra et  korrosjonssynspunkt, siden saltvann ble brukt i betongstøpingen. Dermed var kloridkonsentrasjonen fra starten av betydelig høyere enn gjeldende grenseverdi for at aktiv korrosjon skal starte.

CURTIS ROAD BRIDGE, ANN ARBOR, MICHIGAN

Broen ble bygget i 1976. Ved den siste inspeksjonen i 2002, viste det varmforsinkede brospennet i denne fire-spenns broen seg å være i utmerket stand. Selv om dette er et aggressivt miljø, er kloridnivået ifølge målinger, 4 kg / m3 (6,88 Ib/yd3), tykkelsen på sinklaget var fortsatt 155  my. Dette betyr at selv med dette høye kloridinnholdet vil broen sannsynligvis være vedlikeholdsfri i minst 40 år til.

BOCA CHICA BRIDGE, KEY WEST, FLORIDA

Broens kjørebane ligger like over havnivå og har en høy trafikkbelastning. Til tross for dette har den varmforsinkede armeringen fungert perfekt uten at noe vedlikehold har måtte utføres. Det har vært en stor fordel at trafikkforstyrrelser har vært unngått på denne viktige ruten. Broen ble opprinnelig bygget i 1972, og har blitt inspisert tre ganger siden da, senest i 1999. Tykkelsen på sinklaget er mellom 102 og 157  my, noe som er nok til å gi god korrosjonsbeskyttelse for denne broen i ytterligere 60-75 år. Dette til tross for at kloridinnholdet i betongen er 2,5 til 5 ganger høyere enn korrosjonsnivået hos ubeskyttet armeringsstål.

SPRING STREET BRIDGE, MONTPELLIER, VERMONT

Denne broen som er asfaltert, ble bygget i 1971.  Asfalten er mer porøs enn betong, noe som gjør det lettere for klorider å trenge inn  til den varmforsinkede armeringen. Målinger utført i 2002 viste en gjennomsnittlig lagtykkelse på 190  my, hvilket er godt over det opprinnelige kravnivået og garanterer minst ytterligere 40 års korrosjonsbeskyttelse.

EVANSTONE INTERCHANGE, EVANSTONE, WYOMING

Evanstone Interchange Bridge ble bygget med varmforsinket armering. Det opprinnelige dekklaget av betongen var 3 tommer. Ved prøvetaking og analyse i 2002 var lagtykkelsen på den varmforsinkede armeringen 236  my, som indikerer en livslengde som uten problemer strekker seg til år 2040.

TIOGA BRIDGE, TIOGA, PENNSYLVANIA

Over 250 broer i Pennsylvania er bygget med varmforsinket armering. En av disse er Tioga Bridge på den tungt trafikkerte veien som forbinder Pennsylvania med Finger Lake-området i New York. Kraftig snøfall forekommer i området, noe som betyr at veier og broer saltes for å holdes isfrie. Selv om salting bidrar til sterkt forhøyede kloridnivåer i betongen, har studier vist at betongen er uskadd og den varmforsinkede armeringen i meget god stand, noe som betyr mange vedlikeholdsfrie år selv for denne broen. Broen ble opprinnelig bygget i 1974. Inspeksjon har blitt utført hvert tiende år siden 1981. Ved den siste inspeksjonen viste målinger at tykkelsen på sinklaget fortsatt er på mer enn 178  my, noe som sikrer minst 40 ytterligere års vedlikeholdsfri bruk.

ATHENS BRIDGE, ATHENS, PENNSYLVANIA

Denne firefeltsbroen bygget med varmforsinket armering ble ferdigstilt i 1973. Denne broen ligger også på en tungt trafikkert strekning mellom industriområder i Pennsylvania og Five Finger-området i New York. Kraftige snøfall om vinteren krever salting for å holde veier og broer isfrie. Ved siste inspeksjon viste målinger at tykkelsen på sinklagene fortsatt var så høy som 280  my. Med denne lagtykkelsen kan den fortsatte livslengden settes til minst 60 år, til tross for tøff eksponering.

Konklusjoner fra feltstudien

Studien viser at korrosjonen i armeringen har vært ytterst marginal. Prøver tatt for analyse viser at sinkbelegget på armeringsstålet fortsatt er høyere enn det som kreves for nytt armeringsstål som varmforsinkes i dag. Minst 40 år ytterligere med korrosjonsbeskyttelse kan forventes på armeringen i disse broene.

Tåler både klorider og karbonatisering

Korrosjonsbeskyttelsen som oppnås ved å bruke varmforsinket armering er en kombinasjon av flere gunstige effekter. På den ene siden tåler den varmforsinkede armeringen høyere kloridnivåer, og på den annen side tåler den karbonatiseringen som skjer når betongen eldres betydelig bedre enn den ubelagte armeringen.

galv_rebar_element_mapPERFORM

Korrosjonsprodukter fra sink består av løse, pulveraktige mineraler med lavere volum enn stålets korrosjonsprodukter, og har evnen til å migrere bort fra det forsinkede armeringsjernets overflate ut i betongmatrisen. Dette innebærer at korrosjonsprodukt fra sink har en svært begrenset innvirkning på betongens holdbarhet. Bildet til venstre viser hvordan de hvite prikkene har beveget seg bort fra grensen mellom varmforsinket armering og betong.

Det er også indikasjoner på at spredningen av sinkkorrosjonsprodukter bidrar til å fylle porerom i grensesnittet mellom armering og betong, noe som gjør dette området mindre gjennomtrengelig og bidrar til å redusere transporten av aggressive klorider gjennom denne grensesnittsonen til sinklaget. Reaksjonene mellom sink og betong og den resulterende spredningen av korrosjonsprodukter forklarer også den gode bindingsstyrken til betongen.

Bindingsstyrke

En av de viktigste parametrene til en armert betongstruktur er utvilsomt bindingsstyrken mellom armeringsstålet og betongen. En sterk binding må utvikles for at konstruksjonen skal kunne tåle  den beregnede belastningskapasitet.

Sammenlignbare studier av bindingen mellom varmforsinket og ubelagt armering og betong basert på Portland Cement har blitt undersøkt. Resultatene av disse studiene indikerer:

Utviklingen av bindingsstyrken mellom stål og betong avhenger av alder og miljø

I noen tilfeller er tiden som kreves for å utvikle full bindingsstyrke mellom stål og betong
lenger for varmforsinket armering enn for armering uten belegg.

Den fullt utviklede bindingsstyrken hos varmforsinket  armering og ubelagd armering er den samme.

Forming før eller etter forsinking?

rebar_platesMP

Varmforsinket armering kan enten formes før eller etter  varmforsinking. Ved forming før varmforsinking anbefales det å holde bøyeradiusen så stor som mulig for å motvirke akselerert aldring på grunn av kald bearbeiding. 

Mekaniske egenskaper

Armeringsstålets duktilitet og styrke er viktig for å forhindre sprøbrudd i armert betong. Studier av hvordan varmforsinkingen påvirker de mekaniske egenskapene hos armeringen har vist at disse i prinsipp er helt upåvirket så lenge riktig stål brukes.

Når det gjelder tretthetsstyrke, har omfattende studier vist at varmforsinking gir et mer bærekraftig produkt i korrosjonsutsatte miljøer. Selv om varmforsinking kan senke tretthetsgrensen litt, kompenserer økningen i tilgjengelig styrke når konstruksjonen er korrosjonsbeskyttet for dette.

Galvanisk korrosjon

Sink er et uedelt metall som vanligvis blir en offeranode i kontakt med andre metaller. Når varmforsinket armering brukes i betong, bør den ikke kobles direkte til store områder med svart stålarmering, kobber eller andre ulike metaller, fordi dette kan skape en galvanisk celle som gjør at sink reduseres betydelig raskere enn forventet.


Reference: https://www.galvanizedrebar.com – International Zinc Association

For members
Norsk bokmål