Tätare betong minskar erosion i vattenkraftsanläggningar

– Hydraulisk erosion är en av de mest förbisedda nedbrytningsmekanismerna i vattenkraftens betongkonstruktioner. Med rapporten vill vi ge ett tydligare kunskapsunderlag för hur erosion kan förebyggas redan vid utformning och reparation, säger projektledare och medförfattare Manouchehr Hassanzadeh, Sweco. 

Strömmande vatten påverkar betongens motståndskraft 

Rapporten Erosionsbeständiga betongytor i vattenkraftsanläggningar visar att betongytor i vattenkraftsanläggningar i dag främst utformas för att klara frost och korrosion, medan påverkan från hydraulisk erosion länge har fått mindre uppmärksamhet. 

Hydraulisk erosion orsakas av kavitation och abrasion. Kavitation är små ångbubblor som bildas och kollapsar och ger lokala stötar mot betongytan. Abrasion innebär slitage som uppstår när vattenburna partiklar, såsom sand och grus, nöter mot betongytan. Sammantaget kan dessa mekanismer leda till ökat slitage och större underhållsbehov över tid. 

Materialval och betongens ytegenskaper 

Rapporten visar att betongens täthet och hållfasthet, särskilt vid dess yta, har stor betydelse för motståndet mot hydraulisk erosion. Betong som tillverkas med låg vattenhalt i relation till cement får en tät och hållfast struktur, och visar sig vara mest effektivt mot erosion. 

Även egenskaperna hos ballasten, det stenmaterial som utgör den fasta huvuddelen av betongen, påverkar beständigheten. En hård och slitstark ballast kan bidra till ökad motståndskraft, särskilt eftersom ballasten utgör en stor andel av betongens volym. 

Betongens täthet och hållfasthet kan också påverkas av tillsatsmaterial såsom silikastoft, slagg eller flygaska.  

Inblandning av korta stålfibrer, stålfiberarmering, kan ge ett visst bidrag till motstånd mot friktionsnötning och partikelpåverkan. Effekten är dock begränsad och bör ses som ett komplement snarare än en fristående åtgärd. 

Utförande och härdning 

Utöver materialsammansättningen har utförandet stor betydelse för betongens beständighet. Brister i betongens ytskikt, till exempel till följd av separation mellan vatten och bruk, sprickbildning orsakad av plastisk krympning  eller otillräcklig härdning, kan försämra ytans motstånd mot erosion. 

Åtgärder som vakuumbehandling av betongytan, där överskottsvatten avlägsnas genom undertryck, och tillräcklig vattenhärdning kan bidra till en tätare och mer hållfast betongyta.

Som ett exempel på praktisk tillämpning redovisar rapporten ett fall från Tåsjö dammanläggning, där en tre meter lång sektion av ett skibord har utförts med fiberarmerad betong. Genom att dokumentera utförandet skapas ett underlag för långsiktig uppföljning av funktion och beständighet, bland annat genom återkommande inspektioner och utvalda provningsmetoder. 

– Genom att ta hänsyn till hydraulisk erosion redan i projekteringsskedet kan man i många fall undvika skador som annars upptäcks först i drift. Det ger bättre kontroll över både livslängd och framtida underhållsinsatser, säger medförfattare Mårten Janz, AFRY.  
 

Tillämpning i vattenkraften

Rapporten visar sammantaget att valet av betongsammansättning och hur betongen utförs har stor betydelse för hur väl konstruktionsdelar står emot hydraulisk erosion. Genom att ta hänsyn till erosion redan vid dimensioneringen kan betongkonstruktioner i vattenkraftsanläggningar bättre klara driftens påfrestningar, minska behovet av framtida reparationer och bidra till mer långsiktigt hållbara anläggningar.