Innovativ tätning av läckande dilatationsfogar i betongdammar : Bentonit: Metoder, Utvärdering och Fallstudie

Sammanfattning: Majoriteten av de svenska betongdammarna uppfördes under 1900-talet och börjar därför närma sig sin uppskattade livslängd; 50-160 år. Några av dessa betongdammar används för att utvinna vattenkraft. Vattenkraft är Sveriges största energikälla och utgör ca 45% av vår totala elproduktion. Det ställs därför krav på att reparera samtliga betongdammar inför fortsatt förvaltning och för att bibehålla vår elproduktion. Betongdammar sammanlänkas med hjälp av dilatationsfogar. Dilatationsfogar hjälper betongkonstruktionen att stå emot de rörelser som sker under temperaturvariationer. På grund av dilatationsfogens placering i konstruktionen så är det väldigt svårt att genomföra och säkerställa en reparation. Inuti dilatationsfogens plåtfogbandskanal, i fallen där dilatationsfogen besitter två fogband, används bitumen som ett vattenstopp. Varje dilatationsfog som tätas med bitumen genererar en klimatpåverkan om ca 0,5 till 1,5 kg CO2-e per fog. Om fogbanden, inom dilatationsfogen, eller betongen i närheten av dessa skadas så kan därav bitumen lackas ut och följa med vattnet nedströms. Om detta sker så genereras en ökad miljö- och klimatpåverkan. Då nytt material måste produceras för att avlasta bitumenförlusten, fogbanden måste reparareras och bituminet släpps ut i naturen. Därför är det även av intresse att minimera eller helt ta bort det nuvarande vattenstoppet av bitumen.   I ett försök att minimera komplexiteten och trappa ned på bitumenanvändningen undersöks i detta examensarbete en reparation med hjälp av bentonitpellets. Reparationen sker via ett borrhål som sedan återfylls med bentonitpellets. Det finns två betongdammar i Sverige som använt sig utav denna metodik. Examensarbetet syftar således till att utvärdera hur denna reparationsmetodik står sig, dels längre fram i tiden, mot andra alternativ och framtida förväntningar om att eventuellt kunna ersätta bituminet mot andra material. Inledningsvis undersöktes bentonitpelletsens svällförmåga samt hur materialet ansamlar sig fukt. Detta genom nya framtagna metoder, som delvis, är baserade på tidigare standarder. Med hjälp utav dessa nya metoder kunde materialegenskaper också utvärderas mer långsiktigt. För att utvärdera långtidsperspektiv tilläts bentonitpelletsen att genomgå frostcykler i ett temperaturväxlingsskåp. Där fem dygn i temperaturväxlingsskåpet, uppskattningsvis, motsvarar de svenska klimatförhållanden i norra Sverige som förväntas inträffa under ett år. Bentonitpelletsen utvärderades sedan via samma testmetodik efter 1,5 och 3 år. Resultatet från bentonitpelletsens fuktupptagningsförmåga visade på en skillnad mellan de olika sorterna. Den rena Na-bentonitens fuktupptagningsförmåga står sig bättre med tiden, jämfört mot de kemiskt framställda Na-bentonitpelletserna. Resultaten från svällförmågan tyder dock på att samtliga bentonitpellets upplever en försämring allt eftersom. Om vattenkvoten är låg innan frostcykler så ökar bentonitpelletsens svällförmåga, på grund av att den uttorkas. Efter den första experimentella delen, och insamlade materialkunskaper från denna, uppfördes en miniatyrversion av en verklig dilatationsfog. Bakgrunden till detta genomförande var att man ville undersöka hur stort tryck som bentonitpelletsen klarar av att hålla tillbaka innan materialet går till brott. Vattenfalls konstruktörer uppförde testriggen och denna bestod främst utav plåt. En delad betongkub, med ett hål i mitten, placerades i konstruktionen. Hålet fylldes därefter upp av bentonitpellets. För att kunna åskåda hur materialet betedde sig under tryckförsök bekläddes konstruktionens ovandel med plexiglas. På denna plexiglasskiva installerades en manometer. Med hjälp av manometern, och ett konstant inflöde av vatten, kunde trycket i testriggen uppmätas och regleras. När den sedimenterade bentonitpelletsen går till brott så sjunker trycket på manometern. Resultatet från tryckförsöken visar på ett samband mellan bentonitpelletsens deklarerade svälltryck och det tillförda vattentrycket. Beroende på inflödet kan en reparation med bentonitpellets maximalt klara av att hålla tillbaka ett tryck motsvarande 5 till 12 höjdmeter av vatten – där det exakta värdet baseras på tiden den tillåtits att sedimentera. Dessa värden gäller för dess initiala förmåga. Hur materialet står emot vattentryck längre fram i tiden behöver fortsatt utvärdering. Baserat på studiens resultat så kommer inte den tidigare genomförda reparationen, i en av betongdammarna, att hålla – eftersom denna reparation överstiger 12 höjdmeter. Baserat på informationen som presenterats i denna rapport råder det en fortsatt osäkerhet om bentonit kan användas i betongkonstruktioner. Området kräver således fortsatt forskning för att säkerställa dess långsiktiga hållbarhet inom betongkonstruktionen.