Alkalireaksjoner i betong vil koste samfunnet mange milliarder kroner på grunn av redusert levetid og behov for omfattende rehabilitering. I alle fall om vi ikke gjør noe.
Det meste av betong i vår viktige infrastruktur, som bruer, dammer, kraftverk og fundamenter for kraftledninger, ble nemlig bygget før 1990. Dette var året da forskningen på alkalireaksjoner startet opp ved SINTEF og NTNU.
– Forskningen ga relativt raskt et faglig grunnlag for å etablere prøvingsmetoder og regelverk i Norge for å unngå alkalireaksjoner i nye konstruksjoner, forteller seniorforsker Jan Lindgård i SINTEF.
Hederspris til internasjonalt ledende SINTEF-forsker
Lindgård har jobbet med betongforskning siden 1990. På den internasjonale betongkonferansen om alkalireaksjoner, ICAAR, i Ottawa i mai i år, ble han tildelt en hederspris for sin internasjonalt ledende rolle innen utvikling av mer pålitelige metoder for funksjonsprøving av betong for å unngå framtidige skader på grunn av alkalireaksjoner.
– Dette er en anerkjennelse til hele det sterke betongforskningsmiljøet ved SINTEF, og ikke minst til vårt fremragende betonglaboratorium, sier Lindgård.
Han framhever i tillegg samarbeid med andre internasjonalt ledende fagmiljøer og NTNU som en suksessfaktor.
– Den samlede faglige innsatsen har gjort oss i stand til å bygge mer bærekraftige betongkonstruksjoner med stadig lengre levetid, det både sparer samfunnet for mange milliarder kroner og reduserer CO2-utslipp.
Ønsker bruk av lokale ressurser
Forskningen i Norge har hovedsakelig handlet om hvordan man skal bygge bestandige og bærekraftige betongkonstruksjoner med minimal risiko for utvikling av alkalireaksjoner.
Man fant tidlig ut at alkalireaktive tilslag (se faktaboks) finnes i store deler av landet. Derfor har forskerne hatt to hovedprioriteringer: Den ene er å utvikle bindemidler, det vil si sementtyper, som skal forhindre utvikling av alkalireaksjoner. Den andre er å utvikle pålitelige prøvingsmetoder for å kunne dokumentere langtids bestandighet for betonger med alkalireaktive tilslag og disse bindemidlene.
– Dermed kan man bruke lokale stein- og sandressurser som tilslag i betongen, og spare dyr og forurensende transport, forklarer Lindgård.
Forskningen på utvikling av de nye bindemidlene har vært ledet av Heidelberg Materials Northern Europe Sement Norge (tidligere Norcem), men også forskere ved SINTEF og NTNU har bidratt betydelig i utviklingen av de nye sementtypene.
Disse er også mer miljøvennlige. Det er fordi en stadig større andel av sementklinkeren, som bidrar til CO2-utslipp under produksjonen, erstattes med andre tilsetningsmaterialer.
I snart 30 år har Heidelberg Materials (og flere andre sementprodusenter) benyttet flygeaske, som er et restprodukt fra kullfyrte kraftverk, som erstatning for sementklinker. Men dette må snart byttes ut med nye tilsetningsmaterialer, siden kullfyrte kraftverk er i ferd med å fases ut.
Ifølge senior prosjektleder Børge Johannes Wigum fra Heidelberg Materials, er vulkansk aske fra Island (VPI - Volcanic Pozzolan Iceland) et svært lovende nytt materiale.
– Dette naturlige materialet har tilnærmet tilsvarende egenskaper som flyveaske når det er blandet i sement, blant annet ved å forhindre skadelige alkalireaksjoner, forteller han.
– Til tross for at materialet må tørkes og finmales, har det et veldig lavt CO2-fotavtrykk sammenlignet med sement, så iblanding av rundt 20 prosent vil forbedre sementens klimaregnskap betydelig.
Har forbedret prøvingsmetodene
Når man skal bygge en ny betongkonstruksjon med levetid på 100 år, for eksempel en bro, er man helt avhengig av å ha funksjonsprøvingsmetoder som er pålitelige.
I løpet av de siste 25 årene har Jan Lindgård gjennom flere større forskningsprosjekter vært opptatt av å videreutvikle og forbedre slike funksjonsprøvingsmetoder, både nasjonalt og internasjonalt.
– Når vi skal dokumentere egnetheten til nye tilsetningsmaterialer, er det helt essensielt å forstå skademekanismene og hvordan ulike materialer oppfører seg ved ulike akselererte prøvingsmetoder i laboratoriet, forklarer han.
Et betydelig arbeid på dette området ble gjort i SFI-prosjektet COIN (2007-2014), hvor Lindgård tok en PhD-grad på temaet alkalireaksjoner.
Utfordringer for norske eksportører
Fremdeles har vi et nasjonalt regelverk for alkalireaksjoner, mens man for de fleste andre betongområder følger et europeisk regelverk.
– Vårt system er forutsigbart og fleksibelt for produsentene av tilslag, sement og betong. Siden systemet ble etablert midt på 90-tallet, har det vært i stadig utvikling for å øke påliteligheten etter hvert som forskningen har gitt ny kunnskap, sier Lindgård.
Siden det er nasjonale regler som gjelder, benytter ulike europeiske land ulike prøvingsmetoder og akseptkriterier ved import av tilslag. Norge er storeksportør av tilslag til Europa, og opplever ofte at et manglende felles regelverk gir uforutsigbarhet.
– Et betongtilslag kan være godkjent som ikke-alkalireaktivt i Norge, men risikerer å bli klassifisert som alkalireaktivt for eksempel ved import i Tyskland, og vice versa, forklarer Lindgård.
Norske forskere og andre aktører i betongbransjen har derfor jobbet aktivt internasjonalt de siste 25 årene, både via RILEM (The International Union of Laboratories and Experts in Construction Materials, Systems and Structures) og i flere internasjonale prosjekter. Målet er å utvikle pålitelige, felles internasjonale prøvingsmetoder.
Her har også Lindgård bidratt mye, blant annet var han nestleder for RILEM TC 258-AAA (2014-2019), som ble ledet av Wigum. RILEM-komitéen publiserte flere metoder som på sikt kan inngå i et felles europeisk regelverk. Hovedmetoden som ble utviklet, er basert på funksjonsprøvingsmetoden som benyttes i Norge.
– Dette bidraget til utforming av prøvningsmetodene vil forhåpentligvis føre til at norske eksportører av tilslag etter hvert får et mer forutsigbart internasjonalt regelverk å forholde seg til, sier Lindgård.
Mange tusen konstruksjoner vil utvikle skader
I Norge har vi rundt 12 000 betongbruer, flere tusen betongdammer, og mange hundre tusen betongfundamenter til hovedstrømledningene. Det meste ble bygget før vi ble oppmerksomme på at alkalireaksjoner er noe som angår oss i Norge.
Hvis man forsiktig anslår at ca. 30 prosent av disse konstruksjonene har en betongsammensetning som kan føre til alkalireaksjoner, betyr det at mange tusen konstruksjoner vil utvikle skader over tid. Om man klarer å forlenge levetiden til disse med noen få år, vil det bety milliarder spart. Potensialet er imidlertid en betydelig større forlengelse av levetiden.
– Et godt estimat er at et effektivt rehabiliteringstiltak som kan forlenge levetiden med ca. 30 år bare vil medføre en kostnad og et CO2-utslipp på 5–10 prosent i forhold til alternativet med riving og nybygging, sier Lindgård.
Med bakgrunn i dette, er det de senere årene også satt søkelys på hvordan man skal håndtere eksisterende konstruksjoner som er utsatt for alkalireaksjoner.
Dette gjelder både analysemetoder i laboratoriet og beregningsmetodikk, da det i dag ikke finnes regelverk for hvordan man skal beregne en konstruksjon med alkalireaksjoner. Forskerne ser også på hvordan man kan muliggjøre kompliserte vedlikeholds- og reparasjonstiltak.
Statens vegvesen har hatt flere større etatsprogram hvor dette har vært deltema. Her har både NTNU og SINTEF vært viktige forskningspartnere. For tiden pågår FoU-prosjektet MESLA (2021-2026), med de samme aktørene i førersetet. Her ser man på alkalireaksjoner i bruer, og Forskningsrådet bidrar med 80 prosent av finansieringen.
Leder i styringsgruppen, sjefingeniør Bård M. Pedersen fra Statens vegvesen, understreker viktigheten av dette forskningsarbeidet.
– Prosjektet vil bidra til sikrere kunnskap om hvordan denne skademekanismen påvirker lastsituasjon og bæreevne. Dette vil kunne gjøre oss bedre rustet til å bevare de ca. 12 000 betongbruene i det norske vegnettet lengst mulig, sier han.
Forskningsrådet er også en viktig bidragsyter til Grønn Plattform-prosjektet Excon (2023-2025), hvor målet er å finne ut hvordan man kan forlenge levetiden til eksisterende betonginfrastruktur som bruer, dammer og plattformer.
Viktig forskning gjenstår
Vi er ennå ikke ferdig forsket på alkalireaksjoner. Spesielt er det viktig å utvikle metoder for å forlenge levetiden til den viktige betonginfrastrukturen vår.
For å unngå å bygge nye betongkonstruksjoner som kan utvikle skader, er det videre igangsatt forskning for å undersøke om tilslaget (som utgjør ca. 70 volumprosent av betongen) også kan bidra med alkalier til betongen, og dermed øke risikoen for framtidige skader, og hvordan man kan ta hensyn til dette i regelverket.
Derfor er det fortsatt et stort behov for videre støtte fra Forskningsrådet, større byggherrer og viktige samarbeidspartnere i betongbransjen, ifølge Lindgård.
– På sikt vil dette være vel anvendte midler, som vil gi store samfunnsøkonomiske gevinster i form av mer bærekraftige og bestandige nye betongkonstruksjoner, og forlenget levetid for eksisterende konstruksjoner, sier han.
– Og når levetiden til konstruksjonene øker, gir det i tillegg et viktig bidrag til reduksjon av klimagassutslipp.
