Investigation of the frost resistance in bacteria treated self-healing concrete

Abstract: Vattenkraften står för hälften av vårt elbehov i Sverige idag. Merparten av vattenkraftverken är gjutna i betong och som många andra betongkonstruktioner så drabbas betongen av sprickbildning av olika orsaker. För vattenkraften är genomgående sprickor ett problem då dessa skapar läckage. För att förhindra dessa sprickor har en ny metod börjat undersökas där bakterier som kan avsätta kalciumkarbonat blandas in i betongen i sporform. När sedan en spricka uppstår aktiveras sporerna av vatten och syre och avsätter kalciumkarbonat som fyller igen sprickorna. Metoden anses miljövänlig och kalciumkarbonat är samma material som cementet har sitt ursprung från och man får samma elasticitetsmodul och värmeutvidgningskoefficient på lagningsmaterialet. Metoden anses också kostnadseffektiv eftersom bakterieblandningen är relativt billig och framför allt för att kostnader för inspektion och lagning kan hållas till ett minimum, då bakterierna spontant lagar sprickorna utan mänsklig inblandning. I laborativ miljö har sprickor med sprickvidder uppemot 0,5 mm lyckats lagas helt, detta att jämföra med maximalt godkända sprickvidder på grund av last som ligger i spannet 0,2-0,4 mm. Metoden att gjuta in bakterierna i betong har dock aldrig testats i ett fullskaligt projekt, i alla fall inte vad som framgår av publiserade artiklar. För att metoden ska kunna testas måste dock några parametrar fungera lika bra för självläkande bakterie-betong som för vanlig betong, bland annat hydratationsförlopp, hållfasthet och frostbeständighet, vilket studeras i denna studie. Tre olika betongrecept användes i denna studie, alla baserade på Anläggningscement. Ett innehöll bakterier, kalciumlaktat och luftporstillsats och ett recept hade luftportillsats. Det sista receptet hade ingen luftporstillsats vilket då skapar en dålig betong frostmässigt. För att testa hydratationsförlopp och hållfasthet genomfördes två test med isoterm kalorimeteri, ett tryckhållfasthetstest och ett draghållfasthetstest. Det första kalorimetertestet visade tendenser på skillnader i hydratationsförlopp mellan bakteriebetongen och de två övriga med cirka en timmes retardation för huvudreaktionen och en liten förhöjning av effekten. Ett nytt test där bakteriebetongen delades upp i tre olika grupper (en med laktat, en med bakterier och en med bakterier och laktat) visade att bakterierna troligtvis var ansvariga för retardationen och laktatet för den förhöjda effekten. Skillnaderna är dock små och den ackumulerade värmeutvecklingen var inom den normala spridningen för Anläggningscement. I draghållfasthet och tryckhållfasthet kunde inga skillnader upptäckas. För god frostbeständighet krävs tomma luftporer. För att se så att bakterierna inte hade skapat utfällningar i luftporerna gjordes en SEM-analys. Den visade inget som ansågs påverka frostbeständigheten. I ett frystest med sötvatten påvisades även att skillnaderna mellan betong med både tillsatta luftporer och bakterier och betong med enbart tillsatta luftporer är små. Detta tyder också på att luftporerna är intakta och tomma, precis som SEM-analysen visade. I saltvatten är skillnaderna lite större. Sammanfattningsvis, med den använda koncentrationen av bakterier kunde ingen negativ påverkan påvisas. Förslagsvis bör dock fler och då högre koncentrationer testas samt bakteriernas spricklagande förmåga. Dessutom är denna studie mycket begränsad i tid och eventuella långtidseffekter av bakterietillsatsen fortfarande okända.