Fråga Experten: Hur mognar betongen?

Hur mognar betongen i sin kemiska och härdningsprocess? Och finns det en exakt mognadsgrad i betongen?
/Abbe

Betongens hållfasthetsutveckling av den kemiska processen när vatten och cement reagerar går snabbt i början och långsammare ju längre reaktionen skett. Hårdnandet upphör inte inom rimlig tid, dvs betongen tappar i hållfasthet utan blir bara hårdare. Hur långt denna kemiska process har nått beskrivs med hydratationsgraden (betecknas med symbolen alfa). Denna är noll initialt och när varje cementkorn har reagerat fullt med vattnet är den ett. Hydratationsgraden följer hållfasthetsutvecklingen, går snabbt i början av långsammare senare. Hur snabbt beror på en mängd faktorer såsom vatten-cement-talet, temperatur, cement typ, fukttillstånd, cementhalt, alternativa bindemedel (slagg, silika, flygaska), vissa tillsatsmedel, osv. Och vid låga vct (ca 0,40 och lägre) finns generellt inte tillräckligt med vatten för allt cement (och utrymme för reaktionsprodukterna) varför hydratationsgraden och de kemiska reaktionerna kommer mer eller mindre att avstanna efter viss tid. Uppskattningsvis vid 20 grader är hydratationsgraden 0,5 efter 3 dygn, 0,8 efter 1 år och 0,9 efter 10 år. Med tiden kommer betongen normalt även att karbonatisera från ytan, detta innebär att den fria kalken i betongen (kalciumhydroxid) kommer reagera med omgivande luftens koldioxid och bilda kalksten (kalciumkarbonat). Även detta bidrar till betongens hållfasthetsutveckling, men går mycket långsamt (något snabbare vid ytan).

När man räknar på betongens hållfasthetsutveckling brukar man använda sig av termen ”ekvivalent mognadsgrad”, vilket relaterar till betongens hållfasthetsutveckling där 20 grader (fukthärdat) och 28 dygn är referensen. Just 28 dygn är styrt av vår standard och valt för att inte behöva vänta allt för länge med provningen av exempelvis hållfasthet. Utvecklingen kommer fortgå efter detta, men då så pass långsamt att man anser att det inte är avgörande. Uppskattningsvis kan hållfastheten efter 1 år öka med ca 25-50% relativt 28 dygn, och 50-100% efter 10 år. 28 dygn och 20 grader är alltså referensen, och för att kunna använda tendenskurvorna (hållfasthetsutvecklingen) för aktuellt cement (och vct) justeras tiden när temperaturen avviker från 20 grader. Ekvivalenta åldern är alltså 1,0 vid 20 grader, och ungefär 0,7 vid 10 grader samt 1,3 vid 30 grader. Med tendenskurvan kan man då få ut hållfastheten vid denna ekvivalenta tid och på så sett mognadsgraden (relativt 28 dygn 20 grader). Ekvivalenta åldern kan överslagsmässigt beräknas med TT-faktormetoden, och för noggrannare beräkning kan förslagsvis Arrheniusfuktionen eller modifieringar av denna användas. Tendenskurvorna kan man få av cementtillverkaren, men de går också att matematiskt beskrivas relativt bra. För att göra detta behöver man ett par cementparametrar som beskriver hållfasthetsutvecklingen vid 20 grader. Beräkning av mognadsgrad eller hållfasthet blir inte exakt, men förhoppningsvis tillräckligt bra och på ”säkra sidan”. För att göra detta kan man exempelvis använda modellen som finns beskriven i Eurocode 2, Betongrapport 15, eller i Betonghanbok Material. Det finns även bra datorprogram som kan laddas ner gratis, såsom Hett 11 eller Produktions Planering Betong (PPB). Genom att mäta temperaturutvecklingen i själva betongen och räkna om denna till mognadsgrad och hållfasthet kan man få en bättre uppskattning, och för detta finns bra utrustning som exempelvis ConReg. Att beskriva betongens kemiska reaktioner när den hårdnar/härdar är ganska omfattande och mycket komplext. Det finns bra litteratur i ämnet, såsom ”Cement Chemistry” av Taylor eller den enklare ”Cementkemi för byggare” av Czernin. Annars återkom gärna så kan jag försöka beskriva processen förenklat.

Oskar Esping, tekn. dr. Thomas Betong och Thomas Concrete Group