Hem Teknik Blåsbildning på betongbroar

Blåsbildning på betongbroar

Bro 2116-1
Drönarfoto av Bro 2116-1 efter avslutat reparationsarbete.
Ylva Edwards
Ylva Edwards.

Blåsbildning på betongbroar har ökat under senare år i Sverige. Ett avskräckande exempel är Kymlingelänken där tio broar med mer än 400 skador med blåsbildning har åtgärdats till hög kostnad. Men vad beror det på? Och vad gör vi åt det? Ylva Edwards tar upp det viktigaste ur två nyligen publicerade rapporter.


Text: Ylva Edwards, Ylva Edwards Materialteknik.

Trafikverket tog under 2019 initiativ till en genomgång av orsaker och åtgärdsmöjligheter vad gäller blåsbildningsproblem på betongbroar med polymerbitumenmatta.

En översiktsrapport togs fram med målsättningen att eliminera eller åtminstone kraftigt reducera problemen. Konkreta förslag på förändringar i Trafikverkets regelverk och AMA Anläggning listas i rapporten [1].

Detta är inte första gången och problemet är långt ifrån nytt. Blåsbildning har dryftats och förklarats sedan 40-talet [2].

I ett VTI notat från 1999 listas en rad förklaringar och åtgärdsförslag som även tas upp i den nu aktuella översiktsrapporten [3].

Trafikverkets rapport
Trafikverkets rapport Blåsbildning på broar.

I översiktsrapporten behandlas bland annat betong och betongtillsatsmedel, blåsbildning med inverkan och orsaker, andra system samt kostnader. En Intervjudel ingår också med intervjuoffer inte bara från Sverige utan också från en rad andra europeiska länder.

Några kritiska moment vid betonggjutning av en brobaneplatta, och som eventuellt kan kopplas till blåsbildning, tas upp i rapporten. Separation, torktid, frostbeständighet och tillsatsmedel behandlas.

Tjockleken för Trafikverkets broar varierar kraftigt, från 1/2 meter till mer än 2 meter, och verkar kunna påverka risken för blåsbildning hos ett beläggningssystem med tätskiktsmatta.

Tjockare konstruktion ger bland annat långsammare så kallad diffusionsuttorkning. Dagens betong är dessutom tätare och diffusionstorkar sämre [4].

Att problem med blåsbildning erfarenhetsmässigt uppstår på tjocka nya brobaneplattor framgår tydligt av genomförda intervjuer i projektet.

Betongytan ska uppfylla gällande krav enligt Trafikverkets specifikationer och anvisningar. Råheten ska kontrolleras enligt SS-EN 13036-1 (sand-patch metoden) och medeltexturdjupet (MTD) ska ligga inom 0,6 – 0,8 millimeter.

Vidhäftningen till betongen blir aldrig bättre än betongens egen ytdraghållfasthet och förarbetet är därför av avgörande betydelse. Alla föroreningar (som damm, olja, fett och kemikalier) måste avlägsnas liksom eventuell betong-/cementhud och betonghärdare. Ytdraghållfastheten hos betongunderlaget ska bestämmas på plats.

Blåsbildning i Kungens kurva
Blåsbildning i Kungens kurva.

Betongytorna har blivit avsevärt sämre under senare år enligt uppgift från flera utförare. Betongytan kan också ha glättats för mycket och därmed bidragit till dålig vidhäftning.
Yttemperatur och fuktförhållanden är viktiga faktorer att ta hänsyn till. Yttemperaturen ska ligga minst 3 °C över daggpunkten.

I ett tätskiktssystem ingår som regel primer eller försegling (dvs primerbehandling i två lager ofta med sand mellan lagren) och någon typ av tätskikt. Om tätskiktet förses med skydds-/bindlager av gjutasfalt brukar detta räknas som ett extra tätskikt. Försegling ger, jämfört med primer, ett bättre skydd mot eventuella pinholes (små hål som uppstår i primer eller försegling) och därmed också blåsbildningsproblem.

Polymermodifierade bitumenmattor med tillhörande kravspecifikation introducerades i Sverige med Bronorm 88, som ett resultat av ett omfattande forskningsprojekt mellan dåvarande Vägverket och VTI under perioden 1985 – 1988. Det finns ett stort antal VTI notat om utvecklingsarbetet. Samtliga för Trafikverket idag aktuella tätskiktsmattor till betongbroar är högkvalitativa 5 mm tjocka SBS (Styren-Butadien-Styren)-modifierade bitumenmattor som svetsas i ett skikt mot det primerbehandlade underlaget.

Tätskiktsmattorna ska enligt Trafikverkets KRAV Tätskikt på broar uppfylla SS EN 14695 och tabellerna 2.1 – 2.3 i dokumentet.

Betongytan ska primerbehandlas eller förseglas före tätskiktsapplicering av något slag genomförs. Detta för att öka och säkerställa vidhäftningen mot underlaget. Primern ska tränga ner i betongen och väta underlaget, ha en viss fuktavvisande och dammbindande effekt samt eventuellt kunna förhindra eller reducera blåsbildning.

Sprickor
Nymonterat grundavlopp på renoveringsbro och sprickor i nygjuten brokonstruktion.

Det finns en rad olika typer av primerprodukter för skyddsbehandling av betong, såsom epoxiprimer, uretanprimer och akrylprimer.

Bitumenbaserade primerprodukter används endast för bituminösa tätskiktssystem och som regel endast under vissa mindre krävande omständigheter. Bitumenprimer består som regel av polymermodifierad bitumen, lösningsmedel och vidhäftningsmedel. Den används i många länder med tätskiktsmatta men betraktas inte som tät och kan inte hindra eventuell blåsbildning.

Epoxiprimer är vanligtvis ett tvåkomponentsystem. Epoxihartset framställs ur epiklorhydrin och bisfenol A. För att omvandla epoxiharts till epoxiplast tillsätts en härdare, som aminer. Reaktionen är en exoterm irreversibel polyaddition, och typen av härdare är avgörande för reaktionshastigheten eller produktens potlife (brukstid). Epoxi är tyvärr allergiframkallande.

MMA (metylmetakrylat) är en färglös, flyktig och lättantändlig vätska med stark lukt som kan vara irriterande för ögon, näsa och hals. MMA-produkten härdar genom tillsats av en peroxid som sätter igång en radikalreaktion. I ren form utvecklar akrylaten då endast koldioxid och vatten. Elastiska akrylater kan ha tillsats av polyuretan. Härdningstiden är kort men reaktionen kan inhiberas (avbrytas) av fukt och luft.

Pinholes kan orsakas av instängd luft i små ythåligheter under ytbehandlingen. Den instängda luften expanderar sedan uppåt innan ytbehandlingen har härdat beroende på till exempel solvärme. Denna typ av pinholes är vanligt förekommande utomhus om ytbehandlingen genomförts vid stigande lufttemperatur (under morgonen).

En bubbla eller blåsa uppstår i den färska ytbehandlingen och övergår sedan i en liten krater och ett pinhole (öppning för luften att tränga ut igenom). Pinholes kan också uppstå om den flytande ytbehandlingen tränger in i ythåligheter som är förbundna med andra håligheter där den undanträngda luften ansamlas och bildar blåsor eller pinholes.

Enligt översiktsrapporten saknas kunskap och studier helt om betongens och betongtillsatsmedels inverkan på blåsbildning på broar

Epoxiförsegling med två lager epoxi och sand mellan lagren anses i många europeiska länder vara det avgjort bästa sättet att undvika pinholes och blåsbildning. MMA är som regel mindre använt i de länder som medverkat i våra intervjuer, men används i Sverige enligt Trafikverkets regelverk sedan epoxi fasats ut. Huruvida MMA-primern, som härdar mycket snabbt, hinner fylla ut porer i betongen beror på dess viskositet (utflytningshastighet).

Andra tätskikts- och beläggningssystem som behandlas i översiktsrapporten är mastix på gasavledande nät, slitbetong samt flytapplicerat härdplastsystem (polyuretan, polyurea, akryl).

Nämnas kan slutligen att enligt genomförda intervjuer i översiktsrapporten saknas kunskap och studier helt om betongens och betongtillsatsmedels inverkan på blåsbildning på broar. För att utreda betongens eventuella inverkan krävs utvecklingsprojekt med både laboratorie- och fältförsök.

Provbit från bro med blåsbildning
Provbit från bro med blåsbildning.

En annan rapport, Kymlingelänken, utgör en sammanställning över det åtgärdsarbete som genomförts på skadade broar i Kymlingelänken under 2020. Arbetet har följts upp i Trafikverkets regi och dokumenterats. Mer än 400 blåsbildningsskador på totalt 10 broar har ingått. Rapporten baseras på ett antal bilagor som tagits fram under åtgärdsarbetets gång, närmare bestämt en bilaga för varje bro som ingått. Använda lagningsåtgärder beskrivs, liksom olika typer av skador som noterats. En rad åtgärdsförslag listas.

De aktuella broarna byggdes 2012-2013 av Peab och Veidekke (med DAB som tätskiktsentreprenör) samt av Svevia (med Tätab som tätskiktsentreprenör). Det rör sig om kontinuerliga plattbroar, kontinuerliga balkbroar och kontinuerlig balkbro med låda. Konstruktionstjockleken varierar mellan cirka 300 mm och 1500 mm. Samtliga tätskiktssystem är enligt uppgift uppbyggda med epoxi- eller MMA-försegling, tätskiktsmatta och 50 mm PGJA 11.

Blåsbildningen på Kymlingelänken var betydligt mer omfattande än vad som befarats. Broarna behöver också hållas under uppsikt och kontrolleras regelbundet vad gäller eventuella nya blåsbildningsskador som kan uppstå. Speciellt gäller detta under varma sommarperioder. Vid omläggning av slitlager på broarna är det fördelaktigt om detta kan utföras med så stor beläggningstjocklek som möjligt.

Trafikfarlig skada på Kymlingelänken
Trafikfarlig skada på Kymlingelänken.

Blåsbildningsskador på broar kan utgöra en allvarlig trafikfara/säkerhetsrisk och ska därför åtgärdas så fort som möjligt. Vid akuta utryckningar görs åtgärden enligt uppgift genom att blåsan först punkteras och skadan därefter förses med kallasfalt. Detta är högst olämpligt.

Lagningsåtgärderna genomfördes med följande moment: Ett antal ställen med misstanke om blåsbildning i tätskiktssystemet markerades först och frästes sedan upp.

Fräsmassorna samlades effektivt ihop med hjälp av sopmaskinen. Under en första del av åtgärdsperioden utfördes fräsningen till ett förinställt djup på cirka 65 millimeter, vilket som regel lämnade kvar ett tunt lager av gjutasfalt som sedan togs bort manuellt för att frilägga mattan och kunna bedöma vad som orsakat blåsbildningsskadan/-skadorna. I ett senare skede togs även större skadeområden upp medelst djupfräsning.

Detta berodde på att skadorna ökat kraftigt i omfattning och att åtgärdsarbetet behövde bli snabbare och mer effektivt. Arbetslagen behövde också avlastas. Vid djupfräsning tog fräsen bort inte bara slitlager och det mesta av gjutasfaltlagret, utan också mattan med försegling togs bort. Man kom därmed även ner en liten bit i betongen som behövde slipas till i efterhand. En nackdel var att man vid djupfräsning inte kunde se vilken typ av skada som uppstått och orsakat blåsbildning.

Betongens ytdraghållfasthet kunde också ha försämrats vid djupfräsning, vilket också visade sig vid dragprovning på ny MMA-primer. Fördelen var att man kunde utföra betydligt fler lagningsåtgärder och att arbetslaget for mindre illa.
Bomknackning genomfördes på beläggningen och på uppfräst (dock icke djupfräst) yta för att lokalisera blåsbildningsområden under gjutasfalten.

Efter fräsningen avlägsnades resterande gjutasfalt med hjälp av uppvärmning och lämpliga verktyg såsom bilningsmaskin och barkspade. Det är möjligt att mattans vidhäftning till betongen påverkades under den kraftiga värmen från svetslågan. Skadad matta togs därefter bort, där den inte satt riktigt väl fast mot underlaget, och minst 100 millimeter lämnades för överlapp mot kommande ny lagningsmatta. Ibland var det svårt att få bort den gamla mattan.

Gammal matta
Gammal matta tas bort med visst besvär över blåsbildning.

 

Rivprov
Rivprov på ny svetsad tätskiktsmatta med godkänt resultat.

Befintlig primer/försegling togs sedan bort och betongytan ruggades upp. Betongytan dammsögs och även lövblås ingick ibland. Ny primer/försegling påfördes med sand mellan lagren och matta svetsapplicerades med överlapp när förseglingen härdat.

I vissa fall bottnades med mindre mattbitar. Skadeområdet kantsågades också och försågs längs kanterna med bitumenlösning. Vidhäftningsprovning genomfördes på ny MMA-primer och ny matta testades genom rivprov.

Under den senare delen av lagningsperioden förekom det att man inte tog bort befintlig MMA-försegling, och ersatte med ny, utan applicerade ny matta direkt på den ursprungliga förseglingen.

Rivprov
Rivprov på ny svetsad tätskiktsmatta. Icke godkänt resultat

Detta gjordes om befintlig MMA verkade vara i gott skick samt för att påskynda arbetet. Risken för återkommande blåsbildning bör dock beaktas för dessa lagningar.

Gjutasfalt påfördes slutligen i två lager med BCS (Bitumeniserad Chip-Sten) på toppen. Trafiken kunde sedan släppas på efter ytterligare en timme.
Samtliga åtgärdade broar fotograferades avslutningsvis med hjälp av drönare.

Följande kan mycket kortfattat konstateras för Kymlingelänken beträffande skadeorsaker och möjliga åtgärder för att i en framtid undvika denna typ av skador:

Utmärkande är tunn beläggning och att huvuddelen av observerade skador har uppstått i mattskarvområde kopplat till otillfredsställande svetsapplicering av tätskiktsmattan. I de fall skadan inte uppstått i mattskarvområde finns ofta starka misstankar om att pinholes haft avgörande betydelse
MMA-förseglingen har i några fall lossnat helt och i stor omfattning från betongen. I andra fall har den lossnat lokalt och i mindre omfattning
Betongytan verkar ibland slät och otillräckligt förbearbetad (blästrad)

Möjliga åtgärder:

  • Krav på utbildning
  • Krav på oberoende kontrollverksamhet
  • Krav på stålkuleblästring
  • Tjockare (och om möjligt ljusare) beläggning. Beläggningstjockleken var för många av skadorna klart otillräcklig
  • Scanning med avseende på pinholes
  • Väderskydd (för ingen av broarna på Kymlingelänken har, enligt Trafikverkets databas, väderskydd ingått vid ursprungligt utförande)

Det borde rimligtvis också finnas viss förbättrings- och utvecklingspotential hos den typ av svetsramp som används på våra broar idag.


Referenser
[1] Edwards Y., TRV rapport Blåsbildning på broar – Översiktsrapport, 2019 
http://trafikverket.diva-portal.org/smash/get/diva2:1464698/FULLTEXT01.pdf
[2] Schütz F., Isolering av byggnadsverk med asfalt och tjära, Stockholm 1945
[3] Edwards Y., Westergren P., Blåsbildning på betongbroar med isoleringssystem av polymerbitumenmatta. Problem, orsak och åtgärder, VTI notat 49, 1999
[4] Utredning kring PPBs uttorkningsmodul – Slutrapport 2020-02-06
http://www.fuktcentrum.lth.se/fileadmin/fuktcentrum/Internt/Utredning_PPB/PPBsuttorkningsmodul_Slutrapport_2020-02-06.pdf