Ny metod studera åldrad betong

Att studera tusentals år gammal betong är i praktiken en omöjlighet. Arezou Babaahmadi vid Chalmers tekniska högskola har under sina doktorandstudier utvecklat en ny metod att på bara några månader framställa åldrad betong.

Arezou Babaahmadi har sin bakgrund i Iran där hon studerat vattenteknik. När hon kom till Sverige 2008 fortsatte hon sina studier inom väg och vatten vid Chalmers tekniska högskola och två år senare tog hon en masterexamen. Intresset för kemi ledde henne in på ämnet betong och sedan 2010 har hon bedrivit doktorandstudier vid Institutionen för bygg- och miljöteknik. I slutet av mars avlade hon sin doktorsexamen och kunde då presentera fyra års forskning om egenskaper hos åldrad betong.

Arezou Babaahmadi har studerat åldrad betong. Foto: SKB.

Arezou Babaahmadi har studerat åldrad betong. Foto: SKB.

Utmaningen var att undersöka vad som händer med betong på lång sikt i ett geologiskt slutförvar för radioaktivt avfall. Hur förändras betongens egenskaper efter tusentals år, kanske upp till tiotusentals år? Frågeställningen är av vikt för SKB eftersom betong och andra cementbaserade material ingår i de tekniska barriärerna vid slutförvaring av låg- och medelaktivt avfall. När ett sådant förvar försluts kommer vatten att tränga in i de betongkonstruktioner som ska begränsa och fördröja spridning av radioaktiva partiklar. Med tiden kommer cementmineralerna sakta att lösas upp vilket på lång sikt förändrar betongens kemiska, mekaniska och fysikaliska egenskaper. Något som också kan påverka betongens funktion som barriär i slutförvaret.

Ny betong bir gammal

Att undersöka hur betongens egenskaper förändras under långa tidsrymder är minst sagt svårt med tanke på att processerna i betongen är ytterst långsamma och experimenten skulle bli mycket tidskrävande. Arezou Babaahmadi har därför utvecklat en ny metod för att framställa betongprover som beter sig som om de vore mycket gamla.

– När betongen åldras i ett slutförvar sker en urlakning av bland annat kalcium. Jag har utvecklat en ny elektrokemisk metod som accelererar lakningen av betongen och gör att kalcium snabbare löser upp sig och transporteras ut i det omgivande grundvattnet, förklarar Arezou Babaahmadi.

Genom att utsätta betongen för ammoniumnitrat och samtidigt koppla den till en elektrisk cell har Arezou Babaahmadi på bara några månader kunnat tillverka betongprover som beter sig som om de vore upp till tiotusentals år gamla.

Egenskaper studeras

Efter jämförelse med andra studier av åldrad betong har hon konstaterat att betongprovernas sammansättning, mineralogi och struktur väl motsvarade vad man kunde förvänta sig. Proverna kunde därmed anses representativa för åldrad betong i ett slutförvar. Med det i ryggen kunde hon gå vidare och undersöka materialets olika egenskaper vad gäller hållfasthet, motstånd mot frysning, genomsläpplighet för gas och vatten samt förmåga att begränsa utsläpp av radionuklider. Det sistnämnda gjordes bland annat genom att studera betongens sorptions- och diffusionsegenskaper.

– Vi har sett att några egenskaper minskar, till exempel minskar betongens hållfasthet med 70 procent, berättar Arezou Babaahmadi.

Betongens förmåga att transportera kemiska ämnen ökar i åldrad betong, vilket gör att radioaktiva partiklar i ett slutförvar lättare skulle kunna transporteras genom betongen. Men när Arezou Babaahmadi har undersökt betongens adsorptionsegenskaper har hon funnit att ämnen lättare fastnar i den åldrade betongen. I ett slutförvar skulle det kunna ge den effekten att radioaktiva partiklar lättare fastnar i den åldrade betongen än i den färska.

Värdefull kunskap

För SKB är dessa resultat av stort värde, menar Per Mårtensson som är forskningsledare för betongfrågor vid SKB:

– Vi kommer att använda resultaten från detta arbete som underlag i våra säkerhetsanalyser för SFR, Slutförvaret för kortlivat radioaktivt avfall, och för det framtida SFL, Slutförvaret för långlivat avfall.

Han vill också gå vidare och med hjälp av den elektrokemiska metoden tillverka ytterligare prover av andra cementbaserade material. Syftet är att studera hur egenskaperna förändras med tiden för olika typer av betong, vilket är relevant med tanke på att olika betongmaterial kan förekomma i olika delar av slutförvaren.