Alternativ till konventionell armering möjliggör lägre klimatbelastning - Björn Täljsten, Luleå tekniska universitet. Presenterat på Betongdagen den 21 november 2019 på Sheraton Hotel i Stockholm.

1. Alternativ till konventionell armering
möjliggör lägre klimatbelastning
Professor Dr. Björn Täljsten
Luleå University of Technology
Invator AB

2. Vem är jag?
• Professor, deltid (50%) på Ltu
• Driver mitt eget företag Invator AB
• Erfarenhet från både akademin, Ltu, DTU och
industrin, Skanska, Sto Scandinavia
• Speciellt intresserad av tillståndsbedömning,
oförstörande provning, ”Structural Health Monitoring”
och förstärkning av konstruktioner, främst betong,
men också innovationer och innovationsprocessen

3. Idag ska jag prata om:
Möjligheten att använda sig av FRP*- armering i betong och hur
detta kan medföra en lägre klimatpålastning.
www.aslanfrp.com,GergelyJ.et.al(2007)
*Fibre Reinforced Polymers
Styrka
Styvhet
Deformation
Håller ihop fibrerna
Skyddar fibrerna mot omgivningen
Överför kraft mellan fibrerna

4. Agenda
• Bakgrund
• Utmaningar
• FRP armering
• Möjligheter
• Sammanfattning
Stone. et. al (2002)
www.owenscorning.com

5. Bakgrund
Förväntar sig ökning av användandet (Detta gäller främst USA, Asien)
www.lucintel.com https://www.gminsights.com/industry-analysis/fiber-
reinforced-polymer-frp-rebars-market
Icke metallisk armering kan ses som ett komplement till traditionell stålarmering
för att armera betongkonstruktioner. Det är speciellt tre områden där
kompositarmering kan övervägas att användas:
• Ökad beständighet
• Elektromagnetisk neutralitet
• Temporära konstruktioner

6. Bakgrund
Som bekant korroderar vanlig stålarmering..
Klorider Karbonatisering
..vilket kan leda fram till oönskade konsekvenser.
Fiberkompositarmering korroderar inte

7. Bakgrund
Elektromagnetisk neutralitet

8. Bakgrund
Temporära konstruktioner
Tunnelborrningsmaskin som arbetar sig genom en GFRP-
armerade betongsektion
(www.dextragroup.com)

9. Bakgrund
FRP för armering av
betongkonstruktioner har använts i mer
än 30 år.
Det finns olika typer av armering.
Vanligast är GFRP (Glass Fibre
Reinforced Polymers) men också av
kolfiber (C) och basalt fiber (B).
Finns också relativt många tillverkare.
Dock inga i Sverige.
Pultruderingsprocessen, från (www.fiberline.com, 2018)

10. FRP-Armering
Jämförelse för några GFRP produkter och stålarmering, samt exempel på
ganska gamla normer/guidelines. Har uppdaterats till idag, men visar på hur
tidigt ute man varit. Country Number Year Title
USA ACI 440.1R-06 2006
Guide for the design and construction of
concrete reinforced with FRP bars
Canada CAN/CSA-S806-02 2002
Design and construction of building components
with Fibre-Reinforced Polymers
CAN/CSA-S6-00 2000
Canadian Highway Bridge Design Code
(CHBDC)
ISIS Canada, Design
Manual No. 3
2001
Reinforcing Concrete Structures with Fibre
Reinforced Polymers
Japan
Japan Society of Civil
Engineers (JSCE)
1997
Recommendation for design and construction of
concrete Structures using continuous fiber
reinforcing materials,
UK
Institution of Structural
Engineers 1999
Interim guidance on the design of reinforced
concrete structures using fibre composite
reinforcement
Europe fib technical report 2005 FRP Reinforcement for RC structures*

11. FRP-Armering
Jämförelse GFRP och Stål. Laboratorieförsök.

12. Utmaningar
Material
design
Synthesis and
processing
Physics, chemistry,
engineering,
experiment
Structural
design
Structural
analysis
Loads, effects,
consequences
Construction
technology
Product
Measure, mix,
(transport), cast,
cure, finish
Service Life
Assessment of
performance
Test, measure,
compare, simulate,
diagnose, repair
End of life
Demolish,
Recycling, reuse
The life cycle of structures
Från G.Sas

13. Utmaningar
Beständighet, Livslängd, CO2
Mindre råvarutillgångar
Kostnader ökar Högre påverkan och
brukande
Högre risker för
miljöpåverkan
Ökad befolkningstillväxt Klimatförändringar
En strategi, som ofta förbises, är att öka beständigheten för betongkonstruktionen.
Genom att öka beständigheten minskar behovet av underhåll och reparation, vilket då
även leder till lägre resurs- och energiutnyttjande med följden att även CO2-utsläppen
minskar.

14. Utmaningar
Beständighet, Livslängd, CO2

15. Utmaningar

16. Möjligheter
LCA (Life Cycle Analysis)
Mara et. al., 2014
From literature
Alt. 1: Prefabricerat betongdäck
Alt. 2: FRP däck

17. Möjligheter
LCA (Life Cycle Analysis), GWP (Global Warming Potential)
Mara et. al., 2014
Alt. 1: Prefabricerat betongdäck
Alt. 2: FRP däck

18. Möjligheter
LCA (Life Cycle Analysis), GWP (Global Warming Potential)
Nadia A-A et. al., 2019, “Environmental impact of concrete
structures reinforced with GFRP bars: A simplified study on
Columns”
The greenhouse gas emissions of the reinforced concrete column in the
case study have been calculated through life cycle assessment (LCA) in
accordance with ISO 14044 (ISO 2006) and EN 15804 (SIS 2013)

19. Möjligheter
Projekt Bro över Råån vid Ottarps Kyrka
År 1994
Land Sverige
Typ Brodäck
Orsak till FRP Ersättning av gammal bro. Utprovning av mer beständig armering. Befintlig
armeirng hade korroderat.
Armering Glasfiberarmering/Svensktillverkad/Fiberbar, f 8 (byglar)samt f 12 mm (Längs
och tvärarmeirng). f12 Ks40S samt f13 mm Spännlinor i stål
Beskrivning Det finns få Svenska projekt utförda med FRP armering, men vi var väldigt
tidiga jämfört med omvärlden. Nedan rapporteras ett projekt från 1994 utfört
av dåvarande Vägverket och Lunds tekniska högskola. En liten plattbro över
Råån skulle bytas ut. Man tillverkade tre stycken plattelement vardera med
bredden 2350 mm och längden 9600 mm. Tjockleken på plattan varierade
mellan 410 mm vid kant till 500 mm vid centrum av plattan. Lutning 2,5%. De
tre bro elementen kopplades samman med byglar som gjöts in. Sidoelementen
armerades med 5 f 13 spännlinor i stål i ök. samt 42 f 13 spännlinor i stål i uk.
Sidoelementen armerades därefter med 9 f 12 Ks 40S, s=280 mm i längsled ök.
samt med 18 f 12 GFRP, s=130 mm i längsled i uk samt 22 f 12 GFRP, s=300
mm i tvärled i såväl uk. som ök. Kantbalkarna i sidoelementen armerades med
33 GFRP byglar f 8, s=300 mm, r=24 mm. Mittenelementet armerades med 5 f
13 spännlinor i stål i ök. samt 42 f 13 spännlinor i stål i uk. Mittelementet
armerades därefter med 9 f 12 Ks40S, s=280 i ök. i längsled samt med 18 f 12
GFRP, s=130mm i uk. I tvärled såväl i ök. som i uk. armerades med 33 GFRP f
12, s=300 mm. Materialkvalitén på Fiberbar GFRP armeringen hade utprovats
till 950 MPa samt50 GPa för draghållfasthet respektive elassticitetsmodul.
2004, dvs efter 10 år togs prover på GFRP armeringen ut från bron och
provades vid Luleå tekniska universitet. Ingen försämring hos materialet kunde
noteras.
I figuren nedan visas den färdiga bron samt bygelerarmering av GFRP i form av
spiralarmering. En ritning av bron visas i figur 13. Efter detta projekt
genomfördes ytterligare ett projekt där man bytte ut stålarmering mot GFRP
armering i kantbalkar på en bro på E4:an mellan Skånes Fagerhult och
Markaryd.
Figurer
Referenser Intern rapport Lunds Tekniska Högskola, (2004)
Vi har använt, men inte gått
vidare…

20. Sammanfattning
• Det finns möjligheter att använda FRP-armering i betong för att förbättra
beständigheten och minska klimatpåverkan.
• Dimensionering kräver mer FRP armering i bruksgränstillståndet än vanlig
stålarmering armering. Dock ca 50% mindre täckskikt.
• Kostnader per dimension och längd är ca 3 ggr mer än vanlig stålarmering.
Exempel visar dock att om man väger in transport och installation är
kostnaden för GFRP armering mellan 20% och 60% högre än vanlig
armering och lägre än rostfritt stål (USA)
• Vid brott är beteendet mycket segt och förvarning med stora deformationer.
• Erfarenheten i Sverige är begränsad i såväl konstruktörs- som
entreprenörsledet.
• Önskvärt vore med en fullskaletillämpning i Sverige där vi tar hänsyn till
forskning och kunskap i omvärlden.

21. Från att endast fokusera på
problem och inkrementella
förbättringar i befintliga
produkter/tjänster/system
Till stark fokus på att leverera
hållbara produkter/tjänster/system
som ger oss lösningar som vi
behöver.
Sammanfattning

22. Sammanfattning

23. Sammanfattning