
När havsvatten tränger in i betongen i vägtunnlar bildas en biofilm som bryter ned betongen. Det orsakar höga kostnader och ökar risken för att sten och betong släpper från tunneltaket. I en ny studie avslöjar ett Chalmerslett forskarlag mekanismerna bakom nedbrytningen, och dess oväntat snabba förlopp.
När tunnlar för fordonstrafik dras genom berg sprayas väggar och tak med betong för att åstadkomma ett jämnt ytskikt och förhindra att stenar lossnar och faller ned på vägbanan. När tunnlarna omges av havsvatten, som exempelvis i Oslofjorden, uppstår ett välkänt och problematiskt fenomen: inträngande havsvatten för med sig bakterier som bildar kolonier – biofilm – på betongens yta. Bakterierna livnär sig på ämnen i betongen och angriper ytan som skadas och blir porös.
I en aktuell vetenskaplig publicering bidrar forskarna med ny kunskap om de mikrobiologiska processerna bakom nedbrytningen – och att den går relativt fort.
– Vi har gjort mätningar i Oslofjordtunneln sedan 2014 och vi kan se att bakterierna äter sig in uppemot en centimeter om året. Där det finns saltvatteninträngning kommer det att bildas biofilm, och betongen som är täckt av biofilmen kommer gradvis att lösas upp, säger Frank Persson, docent i molekylärbiologi och mikrobiell ekologi vid Chalmers institution för arkitektur och samhällsbyggnadsteknik, i ett pressmeddelande.
Sprutbetong har använts i vägtunnlar i större skala sedan 1990-talet, och sedan dess har forskare kunnat se denna påväxt av biofilm. Frank Persson och hans kollegor har undersökt Oslofjordtunneln.
Ny betong som sprutas på väggar och tak i tunnlar har högt pH-värde, men när betongen åldras uppstår en naturlig kemisk nedbrytning som gör att pH-värdet i betongen sjunker och gör miljön mer gästvänlig för bakterier. Bakterierna skyndar ytterligare på korrosionen i armeringen och nedbrytningen av betongen när de omsätter, eller livnär sig på, järn, mangan, svavel och kväve, och forskarna har sett att denna växelverkande nedbrytning lokalt kan gå relativt fort. Under extrema förhållanden kan bakterierna tränga in upp till 10 centimeter på fem år.
Forskarnas rekommendation, baserat på studierna, är att mäta pH-värdet i betongen kontinuerligt, undersöka grundvattenvattenflödet genom berget och att övervaka biofilmens utbredning. Grundvattenflödet påverkar tillväxten av biofilm, speciellt vid lägre flöden. pH-värdet i biofilmen är då lägre, vilket bidrar till hastigare nedbrytning av betongen än vid ett högre grundvattenflöde som neutraliserar syran i biofilmen.
Läs den vetenskapliga artikeln i Nature Scientific Reports: “Microbial acidification by N, S, Fe and Mn oxidation as a key mechanism for deterioration of subsea tunnel sprayed concrete.”