Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

Frysning av betong under inverkan av tvång : en experimentell studie av frostens inverkan på betongkonstruktionerna i slutförvaret för kortlivat radioaktivt avfall efter en permafrost

Pålbrink, Linus LU and Rydman, Olof LU (2013) In Rapport TVBM (5000-serie) VBM820 20131
Division of Building Materials
Civil Engineering (M.Sc.Eng.)
Abstract (Swedish)
Problemställning: Vid en permafrost kommer slutförvaret för det kortlivade
radioaktiva avfallet att nå temperaturer på uppskattningsvis ner
till -10 °C samtidigt som det är vattenmättat. När vatten fryser
sker en volymexpansion på 9%. Denna expansion kommer
fylla ut alla eventuella sprickor och hålrum i det omgivande
berget och skapa en sluten behållare runt förvaret. När sedan
betongen i förvaret fryser kommer inte expansionen från
vattnet i betongen att ha fritt utrymme. Detta skapar spänningar
som betongkonstruktionen måste ta upp. Svensk
Kärnbränslehantering AB, SKB har tidigare låtit studera hur en
framtida permafrost påverkar betongens mekaniska och
strukturella egenskaper. Då resultaten i dessa studier till viss
del... (More)
Problemställning: Vid en permafrost kommer slutförvaret för det kortlivade
radioaktiva avfallet att nå temperaturer på uppskattningsvis ner
till -10 °C samtidigt som det är vattenmättat. När vatten fryser
sker en volymexpansion på 9%. Denna expansion kommer
fylla ut alla eventuella sprickor och hålrum i det omgivande
berget och skapa en sluten behållare runt förvaret. När sedan
betongen i förvaret fryser kommer inte expansionen från
vattnet i betongen att ha fritt utrymme. Detta skapar spänningar
som betongkonstruktionen måste ta upp. Svensk
Kärnbränslehantering AB, SKB har tidigare låtit studera hur en
framtida permafrost påverkar betongens mekaniska och
strukturella egenskaper. Då resultaten i dessa studier till viss
del varit motsägelsefulla fann SKB ett behov av en
experimentell undersökning av hur vattenmättad betong fryser
vid -5 °C till -10 °C i en instängd volym. Betongkonstruktionen
som studerades i rapporten var den i Bergrum för Medelaktivt
Avfall (1BMA).
Syfte: Syftet med denna studie var att undersöka och öka förståelsen
av hur betongen i slutförvaret för kortlivat radioaktivt avfall
reagerar vid en framtida permafrost samt att utveckla metod
och utrustning för studiens genomförande.
Metod: Examensarbetet inleddes med en litteraturstudie som
experimenten sedan utvecklades utifrån. Försöken som utfördes
har genomförts vid avdelningen för Byggnadsmaterials
laboratorium vid Lunds Tekniska Högskola. Försöken var
utformade som en frysning i en stålbehållare för att simulera vi
odränerade förhållanden vid en långsam frysning. Fryscykeln
pågick under sju dygn med en långsam temperaturnedgång för
temperaturer under 0 °C. Den experimentella studien var
uppdelad i tre olika försök där torktemperaturen och
vattenmättnadsgraden var det som skiljde. Inledande testförsök
låg till grund för utformningen av huvudförsöken. Resultaten
från testkörningarna av provutrustningen låg till grund för
utformningen av det första försöket, därefter anpassades
försöken efter resultaten från det senaste försöket. Fukttillgången
under frysningen visade sig vara en avgörande faktor
för hur stor skadenivån blir.
Tester som genomfördes på materialet var sättmått, lufthalt,
våtdensitet, tryckhållfasthet, spräckkraft och kritisk
vattenmättnadsgrad. Sättmåttet, lufthalten och våtdensiteten
togs fram vid gjutningen av betongen medan tryckhållfastheten
testades vid 28-dygns ålder. Spräckkraften testades vid 28-
dygns ålder för prover från olika stadier av provningsskedet,
dels spräcktes prover som enbart torkats till de temperaturer
studien berörde, dels spräcktes prover som torkats och sedan
vattenmättats. Slutligen spräcktes även prover som genomgått
torkning, vattenmättning och frysning. Undersökning av kritisk
vattenmättnadsgrad genomfördes för att få fram vid vilken
fuktmängd som det blev skador på grund av frysning i det
aktuella materialet. Skadenivån för provkropparna bedömdes
genom okulär besiktning samt mätningar av egenfrekvens och
gångtid med ultraljud. Slutsatser: – Tvånget visade ge större skador vid frysning av betongen.
– Betongen uppvisade ingen strukturell kollaps efter avslutad
frysning.
– Torktemperaturen innan vattenmättning visade sig påverka
skadenivån vid frysning, torkning i 105 °C gav mer skada än
torkning i 50 °C.
– Isbildningens varaktighet visade sig bero på torktemperaturen,
högre torktemperatur gav kortare och intensivare isbildning.
– Ingen skillnad i spräckkraft kunde urskiljas mellan de olika
stegen i processen för vattenmättning. Någon strukturell
kollaps av CSH-gelen och inverkan på spräckkraften på grund
av torkningen kunde inte detekteras.
– Den i försöken använda metoden med frysning i behållare
visade sig fungera bra. – Enligt metoden i rapporten och den i försöken använda betongen kommer betongen i 1BMA efter en permafrost ej att
uppvisa en strukturell kollaps utan endast begränsade
hållfasthetsförluster. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Pålbrink, Linus LU and Rydman, Olof LU
supervisor
organization
course
VBM820 20131
year
type
H3 - Professional qualifications (4 Years - )
subject
keywords
silo, SFR, SKB, Betong, 1BMA, permafrost, åldring av betong, frostskademekanismer, frostskador, vattenmättning, uttorkning, vakuum
publication/series
Rapport TVBM (5000-serie)
report number
5091
ISSN
0348-7911
other publication id
TVBM-5091
language
Swedish
id
4057866
date added to LUP
2013-09-23 20:11:27
date last changed
2013-10-06 14:47:53
@misc{4057866,
  abstract     = {Problemställning: Vid en permafrost kommer slutförvaret för det kortlivade
radioaktiva avfallet att nå temperaturer på uppskattningsvis ner
till -10 °C samtidigt som det är vattenmättat. När vatten fryser
sker en volymexpansion på 9%. Denna expansion kommer
fylla ut alla eventuella sprickor och hålrum i det omgivande
berget och skapa en sluten behållare runt förvaret. När sedan
betongen i förvaret fryser kommer inte expansionen från
vattnet i betongen att ha fritt utrymme. Detta skapar spänningar
som betongkonstruktionen måste ta upp. Svensk
Kärnbränslehantering AB, SKB har tidigare låtit studera hur en
framtida permafrost påverkar betongens mekaniska och
strukturella egenskaper. Då resultaten i dessa studier till viss
del varit motsägelsefulla fann SKB ett behov av en
experimentell undersökning av hur vattenmättad betong fryser
vid -5 °C till -10 °C i en instängd volym. Betongkonstruktionen
som studerades i rapporten var den i Bergrum för Medelaktivt
Avfall (1BMA).
Syfte: Syftet med denna studie var att undersöka och öka förståelsen
av hur betongen i slutförvaret för kortlivat radioaktivt avfall
reagerar vid en framtida permafrost samt att utveckla metod
och utrustning för studiens genomförande.
Metod: Examensarbetet inleddes med en litteraturstudie som
experimenten sedan utvecklades utifrån. Försöken som utfördes
har genomförts vid avdelningen för Byggnadsmaterials
laboratorium vid Lunds Tekniska Högskola. Försöken var
utformade som en frysning i en stålbehållare för att simulera vi
odränerade förhållanden vid en långsam frysning. Fryscykeln
pågick under sju dygn med en långsam temperaturnedgång för
temperaturer under 0 °C. Den experimentella studien var
uppdelad i tre olika försök där torktemperaturen och
vattenmättnadsgraden var det som skiljde. Inledande testförsök
låg till grund för utformningen av huvudförsöken. Resultaten
från testkörningarna av provutrustningen låg till grund för
utformningen av det första försöket, därefter anpassades
försöken efter resultaten från det senaste försöket. Fukttillgången
under frysningen visade sig vara en avgörande faktor
för hur stor skadenivån blir.
Tester som genomfördes på materialet var sättmått, lufthalt,
våtdensitet, tryckhållfasthet, spräckkraft och kritisk
vattenmättnadsgrad. Sättmåttet, lufthalten och våtdensiteten
togs fram vid gjutningen av betongen medan tryckhållfastheten
testades vid 28-dygns ålder. Spräckkraften testades vid 28-
dygns ålder för prover från olika stadier av provningsskedet,
dels spräcktes prover som enbart torkats till de temperaturer
studien berörde, dels spräcktes prover som torkats och sedan
vattenmättats. Slutligen spräcktes även prover som genomgått
torkning, vattenmättning och frysning. Undersökning av kritisk
vattenmättnadsgrad genomfördes för att få fram vid vilken
fuktmängd som det blev skador på grund av frysning i det
aktuella materialet. Skadenivån för provkropparna bedömdes
genom okulär besiktning samt mätningar av egenfrekvens och
gångtid med ultraljud. Slutsatser: – Tvånget visade ge större skador vid frysning av betongen.
– Betongen uppvisade ingen strukturell kollaps efter avslutad
frysning.
– Torktemperaturen innan vattenmättning visade sig påverka
skadenivån vid frysning, torkning i 105 °C gav mer skada än
torkning i 50 °C.
– Isbildningens varaktighet visade sig bero på torktemperaturen,
högre torktemperatur gav kortare och intensivare isbildning.
– Ingen skillnad i spräckkraft kunde urskiljas mellan de olika
stegen i processen för vattenmättning. Någon strukturell
kollaps av CSH-gelen och inverkan på spräckkraften på grund
av torkningen kunde inte detekteras.
– Den i försöken använda metoden med frysning i behållare
visade sig fungera bra. – Enligt metoden i rapporten och den i försöken använda betongen kommer betongen i 1BMA efter en permafrost ej att
uppvisa en strukturell kollaps utan endast begränsade
hållfasthetsförluster.},
  author       = {Pålbrink, Linus and Rydman, Olof},
  issn         = {0348-7911},
  keyword      = {silo,SFR,SKB,Betong,1BMA,permafrost,åldring av betong,frostskademekanismer,frostskador,vattenmättning,uttorkning,vakuum},
  language     = {swe},
  note         = {Student Paper},
  series       = {Rapport TVBM (5000-serie)},
  title        = {Frysning av betong under inverkan av tvång : en experimentell studie av frostens inverkan på betongkonstruktionerna i slutförvaret för kortlivat radioaktivt avfall efter en permafrost},
  year         = {2013},
}