Mineraler i tilslaget kan få betong til å sprekke opp - nåvil forskerne finne svar om magnetkis

Magnetkis i tilslaget kan få betongen til å svelle og sprekke opp, så hvis det kun er små indikasjoner på at tilslag inneholder dette mineralet, kan det praktisk talt ikke brukes med dagens regelverk. Ekstrakostnadene kan komme i 100-millionersklassen, og konsekvensene kan bli enda større hvis mineralet ender opp med å gjøre skade på bygg og infrastruktur. Til tross for dette har vi i dag lite kunnskap verken om hvor grenseverdiene bør ligge, hvordan man måler forekomsten og hvordan problemer med magnetkis i betong potensielt kan bøtes på.

I februar 2020 startet NTNU, med Bane NOR, Statens vegvesen, SINTEF og HeidelbergCement Northern Europe som samarbeidspartnere, et hovedprosjekt hvor de forsøker å svare på de sentrale spørsmålene rundt magnetkis og svovel i betongtilslag. Forprosjektet ble startet av Statens vegvesen under ledelse av Bård Pedersen i 2018.

– I dag sier regelverket at man kan ha 1,0 vektprosent svovel i tilslaget i betong, men hvis det er indikasjoner på magnetkis, går svovelgrensen ned til 0,1 prosent. Dette gjorde blant annet at Bane NOR måtte deponere tunellmasser fra Follobane-tunnelen som var tenkt brukt i produksjon av betongelementer. Tunellmassene måtte erstattes med lokalt produsert tilslag. Noe slikt skaper dramatiske kostnadsøkninger, og da må vi vite om grenseverdiene er realistiske. De kan også være for høye, og da må vi i alle fall vite det, sier førsteamanuensis Kurt Aasly ved Institutt for geovitenskap og petroleum ved NTNU til Byggeindustrien.

Sprekk i Quebec

Problematikken ble demonstrert tidligere på 2000-tallet da grunnmurene i et boligfelt i den canadiske byen Trois-Riviéres begynte å sprekke opp noen få år etter ferdigstillelse. Knust fjell med mye magnetkis i tilslaget førte til ekspansjon inne i den herdede betongen, og fundamentene i omtrent 850 boliger måtte skiftes ut.

– Hendelsen i Canada aktualiserte problemet. På Universitetet i Laval i Quebec har de kommet langt med å utvikle prøvingsmetoder for å vurdere konsekvensene av magnetkis i betong, og de har begynt å forske på dette i USA også. Vi ønsker å samarbeide med forskningsmiljøene i Canada og USA i dette arbeidet, sier Aasly.

I en artikkel på nettsiden geoforskning.no beskriver Aasly og medforfatterne prosessen som de nå undersøker, på denne måten:

«Synderen her er altså sulfider som magnetkis, som består av jern og svovel (Fe1-xS). Når sulfidmineralene utsettes for et miljø med oksygen og vann, som i betong, reagerer de med omgivelsene. Til slutt dannes sulfatmineraler som ettringitt og gips som gir en ekspansiv reaksjon, eller thaumasitt og svovelsyre som spiser opp sementlimet.

De skadelige reaksjonene skjer etter at betongen er herdet, og kan beskrives som en eksplosjon i sakte film inne i betongen, der mineralene som dannes opptar mye større plass med påfølgende ekspansjon og oppsprekking av betongen.»

Knust stein

I Norge har man ikke støtt på noen særlige problemer med magnetkisholdig tilslag frem til nå. Forskerne tror dette skyldes god tilgang på naturgrus og -sand, hvor mineralene for lengst har oksidert før dette brukes som tilslag i betong. Faren oppstår først når man benytter tunnelmasser eller annen knust stein.

– Det er egentlig først nå vi innser at dette kan bli et problem, sier Aasly.

Professor ved Institutt for konstruksjonsteknikk på NTNU, Klaartje De Weerdt, leder Magnetkisprosjektet. Prosjektet har en planlagt varighet på fire år, og man har et mål om et budsjett på minimum 22 millioner kroner. Foreløpig har prosjektet kun fått tak i litt under halvparten. De Weerdt håper funnene fra forskningsprosjektet vil la bygge- og anleggsnæringen bruke masser fra infrastrukturprosjekter som tilslag uten å risikere de negative konsekvensene av magnetkis.

– Drømmen er at vi om fire år kan si dette: Disse metodene kan vi bruke til å nøyaktig teste tilslaget for magnetkis; dette er grenseverdiene for at tilslaget trygt kan brukes i betong; og hvis nivået ligger i grenseland, kan man bruke tilslaget på disse måtene med disse tiltakene, sier De Weerdt.

Internasjonal forskning

Den første av to deler av hovedprosjektet er allerede finansiert med tolv millioner kroner av prosjektpartnerne. Dette finansierer blant annet en doktorgradsstilling som fylles av offentlig-sektor-PhD-kandidat Nikolas Oberhardt fra Statens vegvesen, og en 50 prosents forskerstilling besatt av NTNU- og SINTEF-forsker Jan Lindgård. I denne fasen skal prosjektet finne metoder for å karakterisere og teste tilslag i betongen.

– Den effekten som magnetkis har på betong, ligner veldig på alkalireaksjoner, som er noe vi har kjent til siden slutten av 80-tallet. Vi vil bruke den kunnskapen og den verktøykassen som vi allerede har her, og anvende dette på magnetkisproblemet. Canadierne har allerede kommet langt, så vi skal ikke finne opp hjulet på nytt – vi skal bare forbedre det og tilpasse det norske forhold, sier De Weerdt.

Magnetkisprosjektet mangler foreløpig ti millioner kroner i finansiering til fase to i prosjektet, hvor de blant annet skal gjøre tester i felt og laboratorium, finne riktige grenseverdier og se på mulighetene for sikker bruk av magnetkisholdig betongtilslag.

– Det er mange produsenter som ligger i grenseland i dag, så funnene her bør være interessante for mange, sier De Weerdt.