Havneseminar bestandige betongkaier

Formålet med dette seminaret var å oppsummere og diskutere alle de erfaringer som var oppnådd med bestandighetsprosjektering og kvalitetssikring av oppnådd byggverkskvalitet for betongkonstruksjonene i de to store utbygningsprosjektene på Sjursøya og Tjuvholmen.

Omfattende erfaringer gjennom mange år har vist at oppnådd bestandighet av betongkonstruksjoner ikke bare er avhengig av spesifiserte bestandighetskrav og materialvalg. Når en betongkonstruksjon står ferdig, vil den oppnådde byggverkskvalitet alltid vise store variasjoner og spredning, og i utsatte miljø vil enhver svakhet i konstruksjonen snart bli avslørt og kunne skape store både tekniske og økonomiske problemer i driftsfasen. Derfor anbefaler PIANC Norge og Norsk Havneingeniørforening at det for alle viktige betongkonstruksjoner blir stilt noen tilleggskrav til konstruksjonens bestandighet utover de minimumskrav som er angitt i norske betongstandarder. Det er samtidig viktig at slike tilleggskrav både lar seg etterprøve og fortløpende kontrollere i løpet av byggeperioden. På denne måten blir det lettere å oppdage eventuelle avvik som kan utbedres undervegs. Når byggeperioden er over blir det samtidig mulig å få dokumentert samsvar med spesifisert bestandighet før konstruksjonen formelt blir overlevert byggherren. Når byggeperioden er over, anbefaler PIANC Norge og Norsk Havneingeniørforening at byggherren også blir gitt en detaljert drifts- og vedlikeholdsplan som angir hvorledes konstruksjonen senere bør driftes og vedlikeholdes.

Nye Filipstadkaia (2002)

Da Nye Filipstadkaia i Oslo sto ferdig i 2002, var dette på et tidspunkt før de nye anbefalingene for bestandige betongkaier forelå fra Norsk Havneingeniørforening. For denne konstruksjon var den spesifiserte bestandighet derfor bare basert på eksisterende betongstandarder og byggepraksis for en bruksperiode på 100 år. Likevel ønsket Oslo Havn KF som byggherre at det ble gjennomført en best mulig kvalitetskontroll og dokumentasjon av oppnådd byggverkskvalitet i løpet av byggeperioden. I det etterfølgende er resultatene fra denne kvalitetskontroll brukt som referanse for de to andre prosjektene.

Containerterminal Sjursøya (2007)

I løpet av perioden fra januar 2005 til juni 2007 ble det første utbygningstrinnet av den nye ”Containerterminal Sjursøya” i Oslo gjennomført (figur 1). Basert på Norsk Havneingeniørforenings anbefalinger for bestandige betongkaier ønsket Oslo Havn KF her en bruksperiode på minst 100 år før sannsynligheten for armeringskorrosjon ville overskride en øvre grense på 10 %. I en tidlig prosjekteringsfase ble det derfor gjennomført noen innledende bestandighetsanalyser som viste at en betongkvalitet med en kloriddiffusivitet på D28 ≤ 5,0 x 10-12 m2/s i kombinasjon med en nominell betongoverdekning på 90 ± 15 mm ville kunne oppfylle et slikt bestandighetskrav.

I en innledende fase gjennomførte AF Gruppen Norge AS som entreprenør, et forprosjekt for å etablere en aktuell betongkvalitet. Basert på dette ble det levert en betong fra UNICON AS med en 28 døgns kloriddiffusivitet på ca. 5,0 x 10-12 m2/s. For hele byggeperioden ble det deretter gjennomført en fortløpende kvalitetskontroll av betongens kloriddiffusivitet på de samme betongprøver som ellers ble brukt for kontroll av betongens trykkfasthet. I tillegg ble det i løpet av byggeperioden også uttatt en rekke borkjerner for kontroll av oppnådd kloriddiffusivitet på byggeplass, samtidig som utviklingen av betongens kloriddiffusivitet ble målt på vannlagrede prøver i laboratorium. På byggeplass ble det samtidig gjennomført omfattende kontrollmålinger av oppnådde betongoverdekninger i den aktuelle konstruksjon.

Etter at alle betongarbeider var ferdige, ble det gjennomført noen nye bestandighetsanalyser basert på oppnådde kontrollverdier for kloriddiffusivitet og betongoverdekning. Disse analysene viste en oppnådd sannsynlighet for armeringskorrosjon på ca. 5 % etter en bruksperiode på 100 år. Dermed var det spesifiserte kvalitetskrav til konstruksjonens bestandighet blitt oppnådd med god margin i løpet av byggeperioden. Analyser basert på oppnådde kontrollverdier for kloriddiffusivitet på byggeplass og i laboratorium i kombinasjon med oppnådde betongoverdekninger, viste samtidig sannsynligheter for armeringskorrosjon på henholdsvis 0,6 og 0,01 % etter en bruksperiode på 100 år. Disse resultatene viste derfor at både oppnådd bestandighet på byggeplass i løpet av byggeperioden og konstruksjonens potensielle bestandighet også var meget god.

Nye Tjuvholmen” (2009)

I forbindelse med den nye byutvikling som for tiden foregår på Tjuvholmen i Oslo havneområde er det bygd et stort antall betongkonstruksjoner som står i sjøvann med varierende vanndybder på opptil ca. 20 m. De fleste av disse konstruksjonene som omfatter store parkeringsarealer, består delvis av tykke bunnplater som er utstøpt på bunn i de mest grunne sjøområder og omgitt av vegger som står eksponert i tidevannssonen og delvis av åpne betongdekker på betongfylte stålrørspeler i de dypere sjøområder. For de dypeste sjøområdene er det produsert noen prefabrikkerte parkeringshus som først er bygd i tørrdokk og deretter buksert på plass og montert neddykket.

Også på Tjuvholmen ønsket byggherren en best mulig sikkerhet mot armeringskorrosjon for alle de aktuelle betongkonstruksjoner. Disse konstruksjonene skulle senere danne grunnlaget for en betydelig bygningsmasse med store investeringer. Derfor ønsket byggherren i utgangspunktet at alle disse konstruksjonenes bestandighet skulle prosjekteres og kvalitetssikres etter Havneingeniørforenings anbefalinger for nye havnekonstruksjoner. Samtidig ønsket byggherren en bruksperiode for alle konstruksjonene på 300 år.

Da Havneingeniørforenings anbefalinger for å sikre konstruksjonenes bestandighet bare ble benyttet på fire av fem byggetrinn, var det bare resultatene fra disse fire byggetrinn som ble presentert og diskutert på seminaret. Entreprenør for alle disse betongarbeidene var Veidekke AS. For siste byggetrinn som bl.a. omfattet de prefabrikkerte parkeringshus, ble bestandighetskravene bare basert på eksisterende norske betongstandarder og vanlig norsk byggepraksis. Entreprenør for disse betongarbeidene var Skanska Norge AS.

Da det eksisterende teoretiske grunnlag for å kunne vurdere sannsynligheten for armeringskorrosjon etter en bruksperiode på 300 år verken er gyldig eller relevant, ble alle bestandighetsanalyser begrenset oppad til en bruksperiode på 150 år. En spesifisert bruksperiode utover dette måtte derfor sikres med ekstra strategier og beskyttelsestiltak slik som også anbefalt av Norsk Havneingeniørforening. I utgangspunktet ble det spesifisert et krav om at sannsynligheten for armeringskorrosjon skulle være så lav som mulig etter en bruksperiode på 150 år og som samtidig ikke måtte overskride 10 %. So ekstrabeskyttelse ble det for første byggetrinn spesifisert en forberedelse for katodisk forebygging, mens det for de tre etterfølgende byggetrinn ble spesifisert en delvis bruk av rustfri armering.

For alle yttervegger og bunnplate i første byggetrinn ble det brukt en betongkvalitet med 28 døgns kloriddiffusivitet på ca. 2 x 10-12 m2/s i kombinasjon med en nominell betongoverdekning på 100 ± 10 mm. Også denne betongen ble levert av UNICON AS. Den tilleggsbeskyttelse som her omfattet forberedelse for katodisk forebygging ble også kombinert med opplegg for en instrumentert kloridovervåkning. For en åpen dekkekonstruksjon som også inngikk i dette byggetrinn ble det brukt en betong med 28 døgns kloriddiffusivitet på ca. 5 x 10-12 m2/s i kombinasjon med en nominell overdekning på 85 ± 15 mm. Som tilleggsbeskyttelse ble det her spesifisert en delvis bruk av rustfri armering (1.4301).

Som resultat av den fortløpende kvalitetskontroll av kloriddiffusivitet og betongoverdekning både i yttervegger og bunnplate i første byggetrinn ble det oppnådd sannsynligheter for armeringskorrosjon varierende fra ca. 1 til 4 % etter en bruksperiode på 150 år. For den åpne dekkekonstruksjon ble det oppnådd en tilsvarende sannsynlighet på ca. 0,3 %. Disse resultatene viste at den spesifiserte bestandighet ble oppnådd med til dels svært god margin. Tilsvarende analyser basert på oppnådde kloriddiffusiviteter på prøver fra byggeplass og laboratorium viste verdier på henholdsvis ca. 0,7 og 0,1 %. Disse resultatene viste derfor at både oppnådd bestandighet på byggeplass og konstruksjonenes potensielle bestandighet var svært god.

Erfaringene fra første byggetrinn viste videre at alle ekstraomkostninger til forberedelse for katodisk forebygging ikke var noe vesentlig forskjellig fra ekstraomkostningene til en delvis bruk av rustfri armering i den åpne dekkekonstruksjon. En senere installasjon av katodisk forebygging og ikke minst drift av et slikt anlegg vil også kreve betydelige ekstraomkostninger. For alle de tre etterfølgende byggetrinn ble det derfor spesifisert en ekstrabeskyttelse basert på en delvis bruk av rustfri armering i alle yttervegger. Dette viste seg både å være en bedre og mer enkel og robust teknisk løsning sammenliknet med den forberedelse for katodisk forebygging kombinert med innstøpt kloridovervåkning som ble spesifisert i første byggetrinn.

For alle yttervegger i de tre siste byggetrinn ble det brukt en betongkvalitet med 28 døgns kloriddiffusivitet på ca. 2 x 10-12 m2/s i kombinasjon med en nominell betongoverdekning på 85 ± 10 mm. Basert på den fortløpende kvalitetskontroll av alle disse betongarbeider ble det oppnådd en typisk sannsynlighet for armeringskorrosjon på ca. 0,1 % etter en periode på 150 år, mens de tilsvarende sannsynligheter basert på betongprøver fra byggeplass og laboratorium viste verdier på henholdsvis ca. 0,001 og < 0,001 %. Dermed var oppnådd bestandighet og byggverkskvalitet her særdeles god.

Vurdering av oppnådde resultater

En sammenstilling av de oppnådde resultater fra alle tre prosjekter er vist i tabell 1. Disse resultatene må imidlertid ikke oppfattes som reelle verdier for en framtidig utvikling av armeringskorrosjon i de aktuelle konstruksjoner. I debatten på seminaret kom det klart fram hvilke begrensninger og antagelser som ligger til grunn for de gjennomførte bestandighetsanalyser. Betongens kloriddiffusivitet må også bare oppfattes som en relativ materialindeks som gjenspeiler betongens motstandsevne mot kloridinntrengning på samme måte som betongens trykkfasthet også bare er en relativ materialindeks som gjenspeiler betongens motstandsevne mot mekanisk belastning.

Tabell 1. Spesifisert og oppnådd bestandighet basert på sannsynlighet for utvikling av armeringskorrosjon.

1) Bruk av rustfri armering

Selv om armeringskorrosjon er en dominerende skadeårsak for betongkonstruksjoner i utsatte miljø, kom det også klart fram i diskusjonen at både frost og alkalireaksjoner kan skape alvorlige bestandighetsproblemer. For å unngå slike skader foreligger imidlertid vel etablerte retningslinjer og rutiner. Også andre faktorer så som konstruktiv utforming kan være viktig for konstruksjonens bestandighet. De bestandighetsanalyser som har vært anvendt for de aktuelle konstruksjoner har imidlertid vist seg å være et nytt og verdifullt redskap som i en tidlig prosjekteringsfase har gjort det mulig å sammenlikne og velge en av flere tekniske løsninger for å oppnå en best mulig sikkerhet mot armeringskorrosjon. Basert på slike analyser har det videre vært mulig å stille krav til betongens kloriddiffusivitet som fortløpende har blitt etterprøvd og kontrollert i løpet av byggeperioden. Sammen med kontrollverdiene for oppnådde betongoverdekninger har dette også gjort det mulig å dokumentere oppnådd byggverkskvalitet og samsvar med spesifisert bestandighet.

Omfattende erfaringer viser at svært mange av de bestandighetsproblemer som ofte oppstår etter noen år kan tilbakeføres til mangelfull kvalitetskontroll i byggeperioden, og på alle byggeplasser vil det ofte oppstå spesielle problemer med betongarbeidene som kan ha konsekvenser for en konstruksjons bestandighet. Hvis det da ikke er spesifisert en bestandighet og noen bestandighetsparametre som lar seg etterprøve og kontrollere, vil byggherren som regel stå meget svakt. Det er derfor stadig flere byggherrer som er villige til å investere noe ekstra utover standardens minimumskrav for å oppnå en økt og mer kontrollert bestandighet. Omfattende erfaringer viser at dette både er en meget god investering og ressursforvaltning på sikt. Både på Sjursøya og på Tjuvholmen viste det seg samtidig at den økte fokus på kvalitetskontroll og oppnådd byggverkskvalitet i løpet av byggeperioden også i seg selv hadde en høyst positiv effekt på kvaliteten av de utførte betongarbeider.

For de som måtte være interessert i å sette seg nærmere inn det nye prosjekteringsverktøyet for å oppnå en økt og mer kontrollert bestandighet, kan de nødvendige dokumenter fritt lastes ned fra hjemmesidene til Norsk Havneingeniørforening (NHIF): www.nhif.no eller www.havneingenioren.no. Hvis det skulle være behov for ytterligere informasjon, er det bare å ta kontakt med Norsk Havneingeniørforening i TEKNA.