Bæredygtige sprøjtebetonblandingsdesign til tunneler med længere levetid

Levetiden for tunneler i dag er designet til at holde i mindst hundrede år - for Brenner-basistunnelens tilfælde er det endda 200 år. Problemet med dette:"Levetiden er i dag beregnet ud fra teoretiske nøgletal og erfaringsværdier. Miljøforhold som kemisk aggressivt grundvand, for eksempel, kan muligvis føre til omkostningstunge vedligeholdelsesforanstaltninger tidligere end forventet, " siger Florian Mittermayr, forsker ved Institute of Technology and Testing of Construction Materials ved Graz University of Technology.

Fokus på nye, grundlæggende viden om sprøjtebeton

En af de vigtigste støtteforanstaltninger i tunnelbyggeri er brugen af ​​sprøjtebeton, også kendt som sprøjtet beton. I denne ansøgning, beton påføres via en dyse og, afhængig af krav, tilsætningsstoffer tilsættes. Blandingsdesign til sprøjtebeton har hidtil været baseret på erfaring og praktisk viden. Resultaterne af forskningsprojektet skulle nu give grundlæggende data til præcise og skræddersyede holdbare blandinger.

For at finde ud af, hvordan forskellige sprøjtebetonformuleringer interagerer med miljøet, hvilke formuleringer er bedst egnede til hvilke miljøpåvirkninger og hvilke effekter tilsætningsstoffer har på holdbarhed og bearbejdelighed, Mittermayr startede forskningsprojektet "Advanced and Sustainable Sprayed Concrete (ASSpC)" sammen med Wolfgang Kusterle fra betonlaboratoriet ved OTH Regensburg og det østrigske selskab for byggeteknologi (ÖBV). "I fire år, vi undersøgte processen i sin helhed i mange laboratorie- og storskalaforsøg og ydede videnskabelig støtte på forskellige tunnelbyggeri, " forklarer Mittermayr. Forskerne var i stand til at optrevle, hvordan sprøjtebeton ideelt set bør bearbejdes, og hvordan bindemidler skal sammensættes for at opnå særlig høj holdbarhed.

Optimeret mix-design

Et hovedfund er, at sprøjtebeton kan designes mere holdbart, når der cementeres, supplerende cementholdige materialer, tilsætningsstoffer og tilslag er bedre tilpasset kravene. Selv små afvigelser i mængde kan reducere den ønskede effekt.

I undersøgelserne blev det bevist, at granuleret højovnsslagge – i kombination med andre supplerende cementholdige materialer – er en effektiv måde at øge modstandsdygtigheden mod sulfatangreb på. Sulfationer (N.B. normalt forårsaget af opløsning af gips) kan være til stede i jord eller grundvand og føre til deformationer og efterfølgende til revner i betonen. Supplerende cementholdige materialer som metakaolin eller siderit fra Steiermark Erzberg hjælper med at reducere sprøjtebetons bidrag til sintringsformationer i dræningssystemet. I denne sammenhæng, sintring refereres til processen med udfældning af calciumcarbonat i tunnelernes drænrør. Dette kan føre til tilstopning af afløbssystemet og er derfor en hyppig årsag til tunnellukninger på grund af vedligeholdelsesarbejde.

Ud over, selv en lille tilsætning af ultrafint kalkstenspulver kan øge sprøjtebetonens tidlige styrke betydeligt. Denne effekt gør det muligt at anvende tilsætningsstoffer som granuleret højovnsslagge, metakaolin eller siderit i større mængder, end det er muligt i øjeblikket, gør sprøjtebeton ikke kun mere holdbar, men også mere bæredygtig.

Forskningsoverførsel og åbne spørgsmål

De vigtige spørgsmål for holdbar og bæredygtig sprøjtebeton vedrørende indgående materialer og blandinger og deres interaktion med de omgivende medier kunne afklares og tydes, og projektpartnerne er nu ved at forberede de detaljerede resultater til praktisk anvendelse. "Endnu en milepæl i forhold til bæredygtighed; det er vi særligt glade for. Den forlængede levetid betyder, at tunneler nu kan vedligeholdes med længere intervaller, vedligeholdelsesindsatsen reduceres for operatøren og for bilister betyder det mindre trængsel. Imponerende er også universiteternes forskningsiver, som er med til at positionere vores byggemateriale mere og mere som et miljøvenligt materiale med præcise og skræddersyede formuleringer, " forklarer Sebastian Spaun, administrerende direktør for sammenslutningen af ​​den østrigske cementindustri (VÖZ), endnu en vigtig partner i konsortiet.

For Michael Pauser, administrerende direktør for det østrigske selskab for byggeteknologi (ÖBV), "ØBV-FFG forskningsprojektet er endnu et bevis på, at disse nyundersøgte og i praksis allerede afprøvede konkrete formuleringer yder et yderligere bidrag til klimabeskyttelsesmålene. Samarbejdet mellem universiteterne, kunder og bygge- og byggematerialeindustrien sikrer, at forskningen er praksisorienteret, og dens resultater vil blive indarbejdet i sprøjtebetonretningslinjen for det østrigske selskab for byggeteknologi, som er kendt uden for Østrigs grænser."

Et andet vigtigt fund i projektet er også indflydelsen fra sprøjtebetonapplikationsteknologi. Eventuelle åbne spørgsmål og forbedringspotentiale forbundet hermed skal undersøges i et nyt forskningsprojekt og tilsvarende forbedringsforslag udvikles.

Samarbejde mellem nøgleaktører

Det videnskabelige konsortium omfattede forskere fra TU Graz Institutes of Applied Geosciences and of Technology and Testing of Construction Materials, betonlaboratoriet i OTH Regensburg og materialeteknologi -arbejdsgruppen ved universitetet i Innsbruck. Forskerne blev støttet af "Østrigs koncentrerede industrielle sprøjtebetonkompetence, siger Kusterle.