Industrigolv av betong: Betongrapport nr 13 - Johan Silfwerbrand

Industrigolv av betong – Svenska Betongföreningens

betongrapport nr 13

Johan Silfwerbrand Sv. Betongföreningen, Väst, Gbg 11 sept. 2013

• Industrigolv – rekommendationer för projektering, materialval, produktion, drift och underhåll

• Svenska Betongföreningens betongrapport nr 13

• Kommittéarbete 2004-2009

Fraktarna, Stockholm, 2001. Foto J Hedebratt.

Innehållsförteckning

1. Kravidentifiering & kravformulering, upphandling

2. Skador 3. Materialval & materialegenskaper 4. Utförande av industrigolv

Innehållsförteckning (forts)

5. Drifttagande, drift & underhåll 6. Platta på mark 7. Pålunderstödd platta 8. Pågjutningar 9. FoU-behov

Innehållsförteckning (forts) – bilagor

A. Protokollbilaga B. Diagram för dimensionering C. Beräkning av momentkapacitet D. Analys av sprickbildning & beräkning av

sprickbredd vid inverkan av tvång E. Förslag till översättning av fiberbetongs

böjegenskaper bestämda enligt olika metoder F. Kontroll av fiberbetong

Rapportens struktur

• Del 1 – kapitel 0 – omfattande sammanfattning (viktigaste rekommendationerna, 32 sidor)

• Del 2 – kapitel 1-9 (rekommendationer med bakgrundstext, förklaringar & figurer, 211 sidor)

• Bilagor A-F (olika hjälpmedel, 52 sidor)

Läsanvisning

• Avsikten med de båda delarna är att alla läser den omfattande sammanfattningen (kap 0).

• Beställaren kan sedan koncentrera sig på kap 1, • Materialtillverkaren på 3, • Entreprenören på 4, • Brukaren på kap 5 och • Projektören på kap 1, 3, 6, 7 & 8. • (Alla bör läsa kap 2 för att undvika skador).

Arbetsgrupp

• Jonas Carlswärd, Betongindustri & LTU (kap 3) • Jerry Hedebratt, utredningsman, Tyréns & KTH

(kap 2 & 6) • Bo Malmberg, WSP (kap 1) • Johan Silfwerbrand, ordf., CBI Betonginst & KTH

(kap 0, 7, 8 & 9) • Bengt Ström, NCC (kap 4) • Göran Hällerstål, Färdig Betong & Anjobygg (kap

5)

Kravidentifiering, kravformulering & upphandling

1

Funktionskrav • Lastkapacitet • Beständighet • Slitstyrka • Slagstryrka • Jämnhet, buktighet &

lutning • Sprickbegränsning &

fogar • Fuktsäkerhet • Installationer &

ingjutningsgods

• Utseende, kulör • Dammfrihet • Täthet för vätska &

gas • Halksäkerhet • Rengörbarhet &

hygien • Gångbehaglighet • Brandmotstånd &

rökutveckling

Huvudsakliga laster

• Punktlaster från fordon och lagerpallar • Tvångslaster av förhindrad krympning

Laster • Punktlaster från lagerhanteringssystem • Hjullaster från truckar & andra fordon • Linjelaster från väggar • Fördelade laster (t.ex. vid lagring av bulkvaror

som grus & sand) • Laster av tvång (förhindrad krympning, förhindrad

temperaturrörelse) • Fem praktiska tabeller ifall beställaren inte kan

ange dem. Dynamiskt tillskott > 25 %

Beständighet

• Innemiljö är det normala ⇒ karbonatisering. • Finns fukt & om den varierar ⇒ risk för

armeringskorrosion. • Hantering av kemikalier kan förekomma.

Beror de på olycka eller är de frekventa? • Upprepad frostpåverkan sällsynt.

Förslag på exponeringsklasser

Golvets användning Exp.klass

Obelagt lagergolv med trucktrafik inne- & utomhus. Omväxlande fuktighet. Inga tösalter.

XC3

Obelagt lagergolv med lastbilar. Tösalter.

XC3 + XD3

Industrigolv. Varierande fukt. Hantering av ämnen med pH 5.

XA2

Täckande betongskikt

• Krav anges i SS 13 70 10. • Skyddsbehandling kan utnyttjas för att reducera

krav på TB (upp till 10 mm). • Omslutning av armering vid dmax = 32 mm ⇒ TB

≥ 30 mm. • Golv på mark: TB ≥ 50 mm. • Golv på isolering eller folie: TB ≥ 35 mm. • Fiberbetong: ”Offerskikt” = 5 à 10 mm för

korrosionsrisk. Stor risk: osprucken fiberbetong.

SBF:s golvkommitté föreslår sprickbreddsklasser

I. Mycket höga krav på säkerhet mot uppsprickning. Säkrast med spännarmering.

II. Sprickbredder som normalt erhålls vid minimiarmering enligt BBK 04.

III. Krav på begränsning ej nödvändigt annat än för viss tvärkraftsöverföring.

IV. Konsekvensen av sprickor är försumbar.

Vad krävs för att nå en viss spricksäkerhetsklass?

Klass I II III IV

Fri krympning 0,5 ‰ 0,6 ‰ 0,8 ‰ Inga krav

Armering enl ”Skärpt” BBK

BBK ½ BBK Inga krav

Utförandeklass I II II III

Härdningsklass (% fcck(28 d))

4 (70) 3 (50) 3 (50) 2 (35)

Armering för högsta klasserna

Klass I: Armering för hela betongtvärsnittet. Max utnyttjad dragspänning 160 – 280 MPa beroende på armeringens diameter (enligt EK 2).

Klass II: Armering för hela betongtvärsnittet. Max utnyttjad dragspänning följer BBK 04 (420 MPa).

Effektiv betongarea

2c + Φ

BBK 04

h

Hela tvärsnittet

Skador

2

Skador – innehåll

• Vanliga problem • Orsaker till skador • Statistiskt material om skadors förekomst • Kostnader för skador • Reparation av skador

Materialval & egenskaper

3

Markuppbyggnad, schematiskt

Betonggolv

Förstärkningslager

Schaktbotten/sprängbotten

Ev kapillärbrytande skiktEv ångspärr/glidskikt

Underbyggnad

Undergrund

Allmänt

• Fokus bör förskjutas från hållfasthet mot funktion. • Begränsad krympning & god arbetbarhet normalt

viktigare. • Viktigt att veta hur förändringar i receptet

påverkar egenskaperna. • Ökad cementhalt ⇒ högre hållfasthet &

vintergjutbarhet, men större risk för plastiska krympsprickor & ökat armeringsbehov.

Proportionering • Lägre vct ger högre hållfasthet, större slitstyrka &

större täthet. • Om í första hand vattnet reduceras, minskar även

krympningen. Men krympningen sker snabbare. Betongen blir sprödare. Sprickrisken kan öka.

• Risken för plastiska krympsprickor ökar pga snabbar uttorkning av ytan.

• vct = 0,55 med c = 325 kg/m3 bra kompromiss.

Begränsa fria krympningen!

• Viktigast: hålla nere vattenhalten. • Samtidigt: tillräcklig arbetbarhet mht

aktuell produktionsmetod. • Reducera cement- & sandinnehållet, använd

vattenreducerare eller superplasticerare & största dmax.

Cement

• Byggcement dominerar kraftigt. • SH-cement används ibland vid

vintergjutning. • Anläggningscement för kemiska angrepp,

t.ex. sulfathaltigt processvatten. Även gynnsamt för lägre krympning, vakuumbehandling & massiva golv.

Tillsatsmedel

• Flyttillsats mkt vanlig i modern betong. Används för reducerat vattenbehov. Försiktig användning vintertid, särskilt vid glättning, då de är retarderande.

• Krympningskompenserande tillsatsmedel för expansion under härdningsfasen. Syfte: tryck- eller mkt små dragspänningar i (det armerade) golvet.

• Krympreducerande tillsatsmedel kan minska krympningen med 40 %.

Fyra tekniska skäl för låg krympning

1. Mindre sprickrisk 2. Mindre sprickvidd 3. Mindre fogöppning 4. Mindre kantresning

Mindre krympning ⇒ lägre spänning ⇒ mindre sprickrisk

kryptal1styvhetkrympningtvångspänning

+××=

ctccs

t 1fE

<+⋅

⋅=ϕ

εψσ

sthetdraghållfangdragspänni <

w ≈ s⋅εcs

s = sprickavstånd

Mindre sprickvidd

Foto: A Thorsén.

Mindre fogöppning

w ≈ L⋅εcs

L = fogavstånd Astra Z, Södertälje, 2002. Foto: J Hedebratt.

Mindre kantresning

δ ≈ a2⋅∆εcs/2h

a = upphöjd plattdel h = plattjocklek

δ a

∆εcs

Armering

1. Nätarmering, stångarmering 2. Armeringsstöd 3. Speciella armeringslösningar 4. Fibrer 5. Spännarmering

Konventionell armering • Nätarmering & lösa armeringsstänger

vanligast. • Armering i underkant ger störst

momentkapacitet i fältmitt. • Armering i överkant ger dito över pålar & är

mest effektiv som sprickfördelare. • Dubbelarmering bäst vid stora punktlaster. • Armeringens läge skall kontrolleras före

gjutning.

Fiberbetong

Ställ krav på fiberbetongen! • Låga fiberinnehåll ger ingen effekt. • Man karakteriserar fiberbetong som

sprickhämmande, sprickfördelande & töjningshårdnade.

• Normalt efterstävas sprickhämmande eller bättre. • Residualhållfasthetsfaktorn bör då vara minst R10,20

= 60 %. • Fibertyp, fiberlängd & betongrecept påverkar ⇒

provning normalt säkrast för materialbestämning.

Plastfibrer = något för framtiden? • Olika material förekommer men polypropylen

dominerar. • Skilj mellan mikro- (6-12 mm långa) &

makrofibrer (c:a 50 mm). • Mikrofibrer ger motstånd mot plastiska

krympsprickor & explosiv spjälkning vid brand. • Makrofibrer kan även ge sprickfördelning. • Dagens makrofibrer bara hälften så effektiva som

stålfibrer. (> 1 % fibrer kan vara svårt att blanda.) • Långtidseffekterna måste beaktas.

Spännarmering

• Kan ses som den mest exklusiva lösningen & säkraste metoden att förhindra uppsprickning.

• Tryckspänningar byggs upp i golvet. De sjunker då betongen krymper & kryper men kvarstår på trycksidan.

• Dimensioneringen måste beakta förlusterna. • Relativt vanligt i USA. Globengolvet svenskt

exempel.

Atlanta Bonded Warehouses

A = 10 125 m2

Strimlor: 98×8,5 m

h = 150 mm

σL = 1,7 MPa

σT = 1,4 MPa

(Vejvoda, 1993)

Fogar

1. Isolationsfogar 2. Kontraktionsfogar 3. Arbetsfogar

Golv med eller utan fogar?

• Fogar med små avstånd & lämplig fogindelning kan förhindra okontrollerade sprickor.

• Fogen utgör dock en svaghetszon i betonggolvet & kostar pengar.

• Fogindelning i 4×4 m2 stora fält ger 4800 m fog per 10 000 m2.

Krav på hållfasthetsklass

Krav på (hög) hållfasthet behövs för • Bärförmåga • Slitstyrka (normalt högre) • Tidig hållfasthet (vintergjutning) Krav på (lågt) vattencementtal (vct) ställs samtidigt

för • Beständighet • Uttorkning

Men …

• Lågt vct ger hög hållfasthet och • Hög hållfasthet kräver mer armering • Komplext samband

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

C16/20 C20/25 C25/30 C28/35 C30/37 C32/40 C35/45 C40/50 C45/55

Hållfasthetsklass

Arm

erin

gsin

nehå

ll (%

) friktionglidning

Ju högre hållfasthet desto mer armering (efter BBK 04)

Högre hållfasthet ⇒ mer fibrer

JC = Carlswärd (2002), W&P&N = Westin m.fl. (1994)

w max = 0,2 mm

0

20

40

60

80

100

120

K30 K40 K45 K50

Hållfasthetsklass

Fibe

rinne

håll

(kg/

m3)

JC tempJC krymp 60 mmJC krymp 120 mmW&P&NLinjär (W&P&N)Linjär (JC temp)

Praktiska råd

• Sätt gränser för vct (max & min)! • Dimensionera minimiarmeringen från min-

värdet. (Gäller principiellt även fiberbetong.) • Eftersträva vct = 0,55. • Komplettera med vakuumbehandling,

ytskyddande behandling eller beläggning vid skärpta krav på RF, slitstyrka eller täthet.

Hårdbetong

• Hårdbetong = Cement blandat med utvalt hårt ballastmaterial (och vatten).

• Utläggning som torrströat skikt eller med vatten som våt hårdbetong.

• Normalt t = 2-3 mm för torrströ och t = 10 mm för hårdbetong.

• Största fördelar: Slit- & slagstyrka, men även motstånd mot sulfat & klorid. Infärgning en estetisk möjlighet.

Att undvika okontrollerad sprickbildning

Problem: Lösningar:

Eliminera orsakerna

Begränsa konsekvenserna

Krympsprickor

Minska krymp-ningen

Armera Lägg in fogar

Minska tvånget

Utförande av industrigolv

4

Utförande – Innehåll

1. Arbetsberedning & startmöte 2. Utförande vid gjutning inomhus & utomhus 3. Betonggjutning 4. Hårdbetong 5. Ytbehandling 6. Efterbehandling 7. Utförande av fogar

Startmöte • Ordna möte med beställare, projektör,

konstruktör, materialtillverkare, entreprenör & underentreprenör i förväg.

• Kom överens om krav, tidsplan, bemanning, kompetens, kompletterande utbildning, klimatrisker, utläggningsmetod, fogar, maskiner, vakuumbehandling, härdning, provning & kontroll.

Gjutmetod 1: Avvjämning med manuell laseravvägning

Gjutmetod 2: Avvjämning med laserscreeder

Gjutmetod 3: Avvjämning med banor & brygga

Drifttagande, drift & underhåll

5

Drift & underhåll – Innehåll • Drifttagande • Drift & underhåll • Planerad drift & underhåll • Skötselinstruktioner • Ytbehandling av golvytor • Ytbeständighet – Avnötning, urslag & repor • Städning • Fogar • Sprickor • Återvinning

Platta på mark – projektering & dimensionering

6

Platta på mark – Innehåll

1. Vanliga problemområden & åtgärder 2. Förutsättningar för projektering &

dimensionering 3. Val av materialegenskaper 4. Dimensionering 5. Konstruktionslösningar för vanliga

detaljer

Dimensionering – Innehåll 1. Dimensioneringsteorier 2. Dimensioneringskriterier 3. Tvångsspänningar 4. Temperaturspänningar 5. Krympning & -rörelser 6. Lastfördelning 7. Lastöverföring 8. Dynamiska laster 9. Undergrundens styvhet 10. Böjande moment

11. Tvärkrafter 12. Stansning 13. Prägling 14. Utdrags- & genom-

tryckningsbrott 15. Fuktdimensionering 16. Sprickbredds-

begränsning

Residualhållfasthetsfaktor R (%) för sprickbegränsning

Sprick-bredds-klass

I II III IV

Fiber-betong

Rek. ej 70 40 30

Komb. (arm. + fiberbtg)

cthef10,20ss )100/1( fARA ⋅⋅−≥⋅σ

Noggrannare beräkning i bilaga D.

Konstruktionsdetaljer (24 illustrativa ritningsdetaljer)

• Pelarfundament • Försänkta installa-

tioner (styrslingor) • Golvvärme • Fuktsäkra lösningar

• Radonskydd • Fogar • Kantförstärkningar • Stom-

kompletteringar

Exempel 1: Räls för kranar eller vagnar Exempel 2: Styrslingor för datastyrda truckar Exempel 3: Brunnar, rännor & spygater

a3

Risk för brott

a3

Pålunderstödd platta

7

Pålunderstödd platta – Innehåll

1. Allmänt 2. Användningsområde 3. Internationella erfarenheter 4. Funktion 5. Undergrunden & pålarna 6. Dimensionering 7. Redovisning

Allmänt

• Stora laster på plattor på dålig mark (allt vanligare!) kräver pålning.

• Är den pålunderstödda plattan bärande? • I verkligheten: samverkan mellan mark & pålare.

Hur ser lastfördelningen ut? Sannolikt ökar pålarnas andel över tid pga markens sättning.

⇒ Lastbärande funktion ⇒ normer för bärande konstruktioner (BBK & EK 2) ⇒ ger enbart slakarmerade alternativ.

Dilemma

• Fiberbetong lämpligt för platta på mark, men BBK & EK 2 kräver slakarmering.

• Traditionell svensk lösning: Kombination. • Utländska helfiberlösningar tränger in. • Goda erfarenheter nödvändigt men ej tillräckligt

villkor för dessa lösningar. • Säkerhetsmarginalen kan ha reducerats. • Rapporten innehåller förslag till fiberbetong-

lösning ifall våra myndigheter kan acceptera dem.

Dimensionering

• Dimensionering mot böjbrott • Dimensionering mot genomstansning • Dimensionering i bruksstadiet • Fogar

Residualhållfasthetsfaktor R (%) för sprickbegränsning

Sprick-bredds-klass

I II III IV

Över pålar

Rek. ej 85 50 30

I fält 85 70 40 30

Pågjutningar

8

Pågjutningar – Innehåll

1. Materialval 2. Dimensionering 3. Vidhäftning 4. Provning 5. Vertikala fogar

Dimensionering

1. Fall med olika grad av vidhäftning 2. Behandling av motgjutningsytan 3. Laster & påkänningar 4. Beräkningar av påkänningar av

differenskrympning 5. Tillåten skjuvspänning i fogen 6. Dimensionering av tjocklek, armering &

fiberbetong

FoU-behov

9

FoU-behov Sammanlagt ett 40-tal förslag inom • Krav & upphandling (5 st) • Material (11) • Utförande (2) • Platta på mark (5) • Pålunderstödd platta (4) • Pågjutningar (12)

Exempelsamling om industrigolv

Fortsättning

Exempelsamling

• Syfte: Att utarbeta en exempelsamling som ansluter till Betongföreningens nya rapport om industrigolv.

• Finansiering: SBUF, Bekaert Svenska, Betongindustri, CBI Betonginstitutet, Färdig Betong, Linotolgolv, NCC, Skanska och Tyréns

• Utredare: Jerry Hedebratt, fd Tyréns, nu Byggnadstekniska byrån, & Johan Silfwerbrand, CBI Betonginstitutet

• Preliminärt slutdatum: Vintern 2013/14.

Metodik

• Val av lämpliga praktiska exempel • Utarbetande och utformning av exemplen • Granskning av exemplen och deras

lösningar • Sammanställning av rapport • Tryckning av rapport

Ingående exempel 1. Platta på mark tillhörande en lagerlokal med lättare laster. 2. Platta på mark tillhörande en lagerlokal med tunga laster

och stora krav. 3. Pålunderstödd platta tillhörande en lagerlokal med lättare

laster. 4. Pålunderstödd platta tillhörande en lagerlokal med tunga

laster och stora krav. 5. Pågjutning till en industrilokal. 6. Pågjutning på TT-kassetter. 7. Stormarknad.