Since a large part of the hydropower structures in Sweden was built in the 1950s and 1960s, many of them are slowly but surely exhibiting deterioration. The hydropower companies are facing big challenges and are consequently investing in effective repairing methods since a hydropower structure failure could pose serious consequences and dangers to people, the environment, and the community. Many structures within hydropower are made of concrete and the demands on the new supplementing concrete are high. Concrete with the potential to meet these high demands is the pre-placed aggregate concrete, which has shown promising results regarding its mechanical properties in previous studies. For this reason, this type of concrete is of interest to investigate. The focus has not been on optimizing the pre-placed aggregate concrete for full-scale productions. Instead, the main objectives of this master thesis were to study and analyze the mechanical properties of this type of concrete, such as shrinkage, compressive strength, splitting tensile strength, freeze-thaw resistance and moreover investigate parameters of importance in the mix design to obtain a homogenous and easy flowing grout that successfully could fill the voids between the coarse aggregates. The investigations were carried out by laboratory experiments in the research and laboratory facilities of Vattenfall in Älvkarleby. The mix design of the grout was developed using the methods and requirements stated in the American Society for Testing and Materials, ASTM standards, and The Swedish Institute for Standards, SiS. A total of 15 grout-mixes were made. However, only the last five were used to cast specimens as the air content was insufficient in the first ten. The results indicated that it is necessary to replace the air-entraining admixture with microspheres in order for the pre-placed aggregate concrete to meet the requirements in exposure class XF3 and XC4. The scaling of the pre-placed aggregate concrete was less than 0.1 kg/m2 at 56 cycles, and thus, the freeze-thaw resistance was classed as very good. Moreover, the use of slag considerably reduced the bleeding of the grout and also improved the casting results. However, on the other hand, it increased the shrinkage of the pre-placed aggregate concrete. An efficiency factor of 0.6 proved to be too low since the compressive strength of the specimen with slag was approximately 50 % higher than the ones without. Furthermore, the shrinkage of the pre-placed aggregate concrete was after 63 days found to be lower than that of the conventional concrete. Also, the compressive strength of the pre-placed aggregate concrete without slag proved to be approximately 15 % lower than that of conventional concrete. Additionally, vibration during casting was found to increase the compressive strength of the pre-placed aggregate concrete and also improved the casting results. Low bleeding, combined with a high discharge time of approximately 45 seconds for 1.7 liters of grout, generated the best casting results. The results from the investigations have shown that this type of concrete has great potential. However, actions and further investigations should be made to see whether changing the fine aggregate size to a smaller one improves the ability of the grout to penetrate the voids between the coarse aggregates. Moreover, pump injection of the grout should be tested instead of pouring it over the coarse aggregates to see whether it improves the casting results and the mechanical properties. / Då en stor del av vattenkraftsdammarna i Sverige byggdes på 1950 och 1960-talet börjar många av dessa sakta men säkert brytas ner. Vattenkraftföretagen står inför stora utmaningar och investerar följaktligen i effektiva reparationsmetoder då dammbrott skulle kunna få allvarliga konsekvenser för människor, den omgivande miljön och för samhället. Flertalet konstruktioner inom vattenkraften är gjorda av betong och kraven på den nya kompletterande betongen är höga. En betong med potentialen att möta och uppfylla dessa höga krav är injekteringsbetongen som i tidigare studier uppvisat lovande resultat beträffande dess mekaniska egenskaper. Med anledning av detta är injekteringsbetongen av intresse att undersöka. Fokus har inte varit på att optimera injekteringsbetongen i syfte att genomföra fullskaliga försök. Istället har huvudsyftet med detta examensarbete varit att studera och analysera injekteringsbetongens mekaniska egenskaper såsom krympning, tryckhållfasthet, spräckhållfasthet, frostbeständighet samt undersöka viktiga parametrar i skapandet av ett homogent och lättflytande cementbruk som med god framgång kunde fylla ut hålrummen mellan grova ballasten. Undersökningarna utfördes genom laboratorieförsök på Vattenfalls betonglaboratorium i Älvkarleby. Vidare har skapandet och utvecklandet av bruket utförts i enlighet med metoder och krav angivna i American Society for Testing and Materials, ASTM standards, samt i Svenska institutet för Standarder, SiS. Totalt gjordes 15 bruksblandningar, dock användes enbart de sista fem till gjutning av provkroppar då lufthalten visade sig vara för låg i dem första tio. Resultaten indikerade på att det är nödvändigt att ersätta luftporbildare med mikrosfärer för att erhålla en lufthalt som uppfyller kraven för betong i exponeringsklass XF3 samt XC4. Injekteringbetongens avflagning efter 56 dygn var mindre än 0.1 kg/m2 och frostbeständigheten kunde därmed klassas som mycket god. Användningen av slagg minskade cementbrukets vattenseparation avsevärt och bidrog även till förbättrade gjutresultat. Dock bidrog det å andra sidan till en ökad krympning hos injekteringsbetongen. En effektivitetsfaktor på 0.6 visade sig vara för låg då injekteringsbetongen med slagg hade en cirka 50 % högre tryckhållfasthet än dem utan. Dessutom visade sig injekteringsbetongens krympning vara mindre än den konventionella betongens efter 63 dagar. Tryckhållfastheten hos injekteringsbetongen utan slagg uppvisade även en cirka 15 % lägre tryckhållfasthet än den konventionella betongens. Vibrering under gjutning visade sig höja tryckhållfastheten hos injekteringsbetongen samt förbättra gjutresultaten. En låg vattenseparation i kombination med en flödestid på cirka 45 sekunder för 1.7 liter bruk visade sig ge bästa gjutresultaten. Resultaten från laboratorieförsöken har visat på att injekteringsbetongen besitter stor potential. Dock bör ytterligare undersökningar genomföras för att bedöma huruvida en mindre ballastfraktion för sanden påverkar brukets förmåga att penetrera den grova ballasten. Vidare bör bruket pumpas in istället för att hällas över den grova ballasten, detta för att se huruvida gjutresultaten samt de mekaniska egenskaperna hos injekteringsbetongen skulle förbättras.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-278540 |
| Date | January 2020 |
| Creators | Hassan, Husseen, Sahal, Abdifatah |
| Publisher | KTH, Betongbyggnad |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ABE-MBT ; 20413 |
Page generated in 0.0023 seconds