Ny model til beregning af levetid på marine betonkonstruktioner

Hvordan påvirker saltvand levetiden på betonkonstruktioner? Bør man undlade at bruge en såkaldt ”ageing factor” i forbindelse med levetidsmodellering, fordi usikkerheden kan blive for stor? Og kan ny teknologi som fx sensorer være med til at overvåge nedbrydning af armering og til at følge revnebevægelser?

Af Christine Vodsgaard Larsen

Når Teknologisk Institut med udgangen af 2020 afslutter det treårige projekt ”Felteksponering og monitorering til forlængelse af anlægskonstruktioners tilstand”, bliver det bl.a. med en ny og forenklet beregningsmodel til at forudsige betonkonstruktioners levetid.

Ny model fjerner stor usikkerhed

Levetidsmodeller for betonkonstruktioner er typisk baseret på beregninger af, hvor hurtigt klorid fra det omgivende miljø, fx fra havvand eller salte til glatførebekæmpelse, trænger ind i beton og fører til nedbrydning (korrosion) af det indstøbte armeringsjern. Levetidsmodellerne bliver fx anvendt i forbindelse med levetidsdesign for store broer og tunneler, hvor det er vigtigt at have et pålideligt bud på konstruktionens forventede holdbarhed på den lange bane, fx efter 100 år. Men de beregningsmodeller vi anvender i dag, er behæftet med stor usikkerhed, forklarer Søren L. Poulsen fra Teknologisk Institut.

”Modellering af kloridindtrængning i beton er en kompliceret sag, hvor beregningerne normalt er baseret på en række parametre, som fx karakteriserer det aktuelle miljø og betonens egenskaber. Det betyder, at beregningerne er behæftet med en forholdsvis stor usikkerhed. Som regel anvendes en såkaldt ”ageing factor” til at tage højde for den ændring i betonens tæthed, som man typisk ser i betonens tidlige alder. Men netop parameteren ”ageing factor” kan være en stor fejlkilde i beregningerne,” siger Søren L. Poulsen, og fortsætter.

”Blot en ganske beskeden ændring i denne parameters værdi kan føre til en stor ændring af den beregnede levetid. Vores analyser i projektet, hvor vi har set på data fra felteksponerede betoner, har fået os til at sætte spørgsmålstegn ved, om det overhovedet er fornuftigt at anvende en ”ageing factor” i forbindelse med levetidsberegninger. Vi er kommet frem til en mere enkel model, som vi i daglig tale kalder for ”kvadratrodsmodellen”, hvor der slet ikke indgår en ”ageing factor”. I modellen beregner vi dybden af kloridindtrængningen baseret på to enkle led: En konstant, der tager højde for en øget kloridindtrængning i tidlig alder, plus et led, der består af en konstant indtrængningsparameter ganget med kvadratroden af tiden, heraf modellens navn,” forklarer Søren L. Poulsen.

Teknologisk Institut arbejder fortsat på at udvide datagrundlaget for modellen, men ifølge Søren L. Poulsen har analyse af data, som er indsamlet fra både marine betonkonstruktioner og en række såkaldte felteksponeringspladser for beton, foreløbig vist, at den nye tilgang til modellering af kloridindtrængning er anvendelig for alle gængse typer af beton og eksponeringsmiljøer. Det skal dog samtidig bemærkes, at med den nuværende erfaring for modellen, er det nødvendigt at have kendskab til data fra felteksponering af den aktuelle beton i ca. 5 år, for at kunne foretage en pålidelig levetidsestimering.

Dataopsamling fra sensorer i beton

Ud over arbejdet med levetidsberegninger, har Teknologisk Institut arbejdet med løsninger til trådløs overvågning af anlægskonstruktioners tilstand i projektet.

”Vi har bl.a. udviklet batteridrevne løsninger baseret på såkaldt Sigfox-teknologi til opsamling og transmission af data fra sensorer i felten. Fx sensorer til overvågning af korrosionstilstanden i armeret beton, revnebevægelser i konstruktioner og temperaturudvikling i forbindelse med betonstøbninger,” forklarer Søren L. Poulsen og tilføjer, at der også er arbejdet med udvikling af systemer til analyse og online visualisering af de opsamlede data. Fx et system, hvor man som bruger automatisk får besked, hvis data fra sensorerne indikerer, at der er begyndende korrosion af armeringsjernet i en konstruktion.

Fælles afslutningskonference

Interesserer man sig for resultaterne fra projektet, er det muligt at deltage i en konference, som Teknologisk Institut afholder i samarbejde med FORCE Technology og Alexandra Instituttet, der gennem de sidste tre år har arbejdet på projektet ”Smart monitering af infrastruktur og miljø (digiMON)”, hvor der bl.a. er blevet arbejdet med nye teknologier til monitorering af infrastrukturer.

”Ved konferencen præsenterer vi væsentlige resultater fra de to udviklingsprojekter, men programmet omfatter også key-note indlæg fra Femern A/S og Vejdirektoratet, Rambøll og Sund & Bælt med forskellige showcases med praksisnære eksempler på konferencens tema. Vi håber at se rigtig mange aktører i bygge- og anlægssektoren, der arbejder med design, udførelse eller drift af større konstruktioner, samt virksomheder der arbejder med trådløs teknologi, elektroniksystemer og sensorsystemer, slutter Søren L. Poulsen.

Om konferencen

Ud over parterne i de to projekter arrangeres konferencen også i et samarbejde med de to innovationsnetværk InfinIT og InnoBYG. Det er gratis at deltage i konferencen og tilmelding foregår via InfinIT’s hjemmeside. Grundet COVID-19-situationen vil der være mulighed for selv at vælge, om man vil deltage fysisk eller online i konferencen. Konferencen afholdes d. 20. november 2020.

Om projektet

Tilbage i 2017 fik Teknologisk Institut sammen med DHI og Norges Teknisk-Naturvidenskabelige Universitet bevilget et udviklingsprojekt af Uddannelses- og Forskningsministeriet (Styrelsen for Institutioner og Uddannelse) i forbindelse en særlig GTS-indsats knyttet til den kommende Femern Bælt-forbindelse. Det treårige projekt, som har titlen ”Felteksponering og monitorering til forlængelse af anlægskonstruktioners levetid”, har primært haft fokus udvikling af trådløs teknologi til overvågning af store anlægskonstruktioners tilstand og opbygning af ny viden om betons holdbarhed og levetidsmodeller. Projektet afsluttes officielt med udgangen af 2020.

Vil du vide mere? Kontakt:
Konsulent Søren L. Poulsen, slp@teknologisk.dk, 72 20 20 25

Foto: Teknologisk Institut