Betongbru med alkalireaksjoner og korrosjon

Abstract

Alkalireaksjoner i betong er en langsom skademekanisme som vil kunne gi utvidelser i betongen som både fører til rissdannelse og oppsprekking, samt tilleggslaster i konstruksjonene i form av momenter, skjærkrefter og aksialkrefter. Armeringskorrosjon ansees å være den viktigste skademekanismen i betongkonstruksjoner (Markeset & Myrdal, 2008). Konstruksjoner i kystnære strøk, og spesielt konstruksjoner som avises med veisalt, er ekstra utsatt. Dette pga. de forhøyede kloridkonsentrasjonene. Tidligere vurderinger av Tromsøbrua har funnet kloridverdier i betongen under kritisk verdi, men de siste vurderingene og målingene fra 2022 viser høy korrosjonsrisikoen (Fredheim, 2022). Tromsøbrua er en betongbru med samlet lengde på 1016 m. Denne oppgaven tar for seg bjelkedelen av bruen som består av brudekke med underliggende bjelker som danner dobbelt t-tverrsnitt opplagt på internt avstivede, doble søyler. Konstruksjonens utnyttelsesgrad i bruddgrensetilstand beregnes i en tilstand med økte laster og redusert bæreevne som følge av alkalireaksjoner og korrosjon. Analyseverktøy som benyttes for å finne dimensjonerende laster er programvaren FEM-design, mens kapasitetsberegninger gjøres manuelt i MathCAD. Med alkalireaksjoner i Tromsøbrua er det momentbelastningen i felt som blir mest kritisk rammet av tvangskrefter. Ut ifra forutsetningene gjort i denne oppgaven kan det sees at momentkapasitetene i bruen reduseres i størrelsesorden 10-15 % med 5 % korrosjon i armeringen, og 25% med 10 % korrosjon. Skjærkapasitetene i tverrsnitt med skjærarmering vil få kapasitetsreduksjonen på om lag 10% og 20% ved tilfellene med 5% og 10% armeringskorrosjon. I tilfellene uten skjærarmering er kapasitetsreduksjonen i området 1-4%. Konklusjonen fra beregningene er at bruens kapasitet i lengderetning er tilfredsstillende i en situasjon med alkaliereaksjoner. Hvis hovedarmeringen oppnår en korrosjonsgrad på 5% er kapasiteten raskt overskredet like vel. I tverretning overskrider bruens belastning dens dimensjonerende momentkapasitet i bruddgrensetilstand. Dette allerede i en situasjon uten armeringskorrosjon. Skjærkapasiteten i bruen er generelt god og overskrides ikke i en situasjon med 10 % armeringskorrosjon.

Concrete can suffer slow damage from alkali reactions, which can cause cracking and can lead to additional loads on constructions in the form of moment, shear forces, and axial forces. Reinforcement corrosion is considered the most significant damage mechanism in concrete structures (Markeset & Myrdal, 2008). Constructions in coastal areas, especially constructions that are de-iced with road salt, are particularly vulnerable. Due to the elevated level of chlorides. Previous assessments of the Tromsø Bridge have found chloride values in the concrete below the critical value, but the latest assessments and measurements from 2022 show a high corrosion risk (Fredheim, 2022). The Tromsø Bridge is a concrete bridge with a total length of 1,016 m. This thesis deals with the beam part of the bridge, which consists of a bridge deck with underlying beams that form a double t-section laid on internally braced, double columns. The construction's degree of utilization in the ultimate limit state is calculated in a state with increased loads and reduced bearing capacity due to alkali reactions and corrosion. The analysis tool used to find dimensioning loads is the software FEM design, while capacity calculations are done manually in MathCAD. With alkali reactions in the Tromsø bridge, the moment in mid-span is hit hardest by coercive forces. Based on the assumptions made in this thesis, the moment capacities in the bridge were reduced in the order of 10-15% with 5% corrosion in the reinforcement, and 25% with 10% corrosion. The shear capacities in cross sections with shear reinforcement will have the capacity reduction of about 10% and 20% in the cases with 5% and 10% reinforcement corrosion. In the cases without shear reinforcement, the capacity reduction is in the range of 1-4%. The conclusion from the calculations shows the capacity in the longitudinal direction is satisfactory in a situation with alkali reactions. If the main reinforcement achieves a corrosion rate of 5%, the capacity is quickly exceeded as well. In the transverse direction, the bridge's load exceeds its design moment capacity in the ultimate limit state. Even in a scenario where reinforcement corrosion isn’t taken into consideration. The shear capacity in the bridge is generally good and does not exceed design shear capacity, when factoring in 10% reinforcement corrosion.