Betong är ett av världens viktigaste byggmaterial och det var när betongtekniken började utvecklas i början av 1900-talet som den storskaliga utbyggnaden av vattenkraft kunde starta i Sverige.
Fram till sekelskiftet hade jord, trä och sten dominerat i mindre dammbyggnader. Nu hade man istället fått fram ett formbart och vattentätt material som stampades för hand i gjutpallar, lager för lager.
Men tekniken och kunskapen om betongens beständighet var långt ifrån lika välutvecklad som idag. Därför dröjde det inte länge förrän de första problemen visade sig. Redan efter tjugo år hade vatten letat sig in i skikten mellan gjutpallarna, börjat lösa upp cementen och orsakat allvarliga skador och läckage.
– Då hade man inte så lång erfarenhet av vattenbyggnad och framför allt inte i det klimatet som vi har i Sverige med kalla vintrar och varma somrar, säger Martin Rosenqvist som är betong- och dammsäkerhetsingenjör på Afry.
– Vårt älvvatten är också kalkfattigt vilket gör att det har ökad förmåga att lösa upp cementen, så kallad urlakning. Så man fick en successiv nedbrytning av betongen,.
Alla kraftbolag sitter med väldigt liknande utmaningar. De har åldrande kraftverk och dammar.
Hundra år på nacken
I Sverige har vi idag omkring 200 storskaliga vattenkraftverk. De äldsta av dem har mer än hundra år på nacken och många är runt 70 år. I en del har de äldre betongkonstruktionerna rivits ur, i andra har de lappats och lagats, bland annat med injektering med cementpasta.
Men hur mår de egentligen? Vilka underhållsstrategier behövs för att de äldre anläggningarna ska hålla en hög säkerhetsnivå?
För att svara på dessa frågor pågår flera forskningsprojekt runt om i Sverige. Ett av dem är Energiforsks betongtekniska program där Martin Rosenqvist medverkar som expert.
– Alla kraftbolag sitter med väldigt liknande utmaningar. De har åldrande kraftverk och dammar och genom att öka kunskapen och förståelsen för hur konstruktionerna åldras, och varför det uppkommer skador, blir det enklare att åtgärda problemen, säger han.
Nedbrytningsprocesser i kyla
Skador som uppstår kommer bland annat av frostnedbrytning. Sedan 1940-talet är det ett krav att nya vattenanläggningar ska klara frysning. Därför är de senare anläggningarna byggda med ett tillsatsmedel som gör att betongen inte kan sprängas sönder när den fryser. Men för de äldre anläggningarna fanns inga krav på frostbeständighet.
För fem år sedan skrev Martin Rosenqvist en doktorsavhandling där han studerade olika nedbrytningsprocesser till följd av långa perioder med sträng kyla. En vanlig skada är nedbrytning av betongen längs vattenlinjen, förklarar han.
– Om cementen i betongens ytskikt urlakas som i de första dammarna blir ytan porös och skadas vid frysning. När det sedan blir vår ligger isflaken och skrapar bort det sönderfrusna ytskiktet och blottlägger en färsk yta. Och så upprepas det här år efter år, och vid någon tidpunkt kommer skadorna behöva åtgärdas.
Men enligt Martin Rosenqvist är risken minimal för att något allvarligt ska hända.
– Vi pratar om en takt på några tiondels millimeter per år så det är väldigt lite.
Koll på dammarnas status
I Älvkarleby, på Vattenfalls avdelning för forskning och utveckling, pågår projekt kring att utveckla och förfina övervakning och instrumentering på bolagets betongdammar. Om någon allvarlig incident skulle inträffa vid en dammanläggning är det ägaren som har strikt ansvar för konsekvenserna.
Därför är Vattenfall skyldigt att i varje stund ha koll på dammarnas status, förklarar Erik Nordström, som är specialist på betongkonstruktioner på Vattenfall och adjungerad professor inom samma område på KTH.
– Då är frågan hur vi övervakar anläggningarna på bästa sätt med moderna tekniker. Traditionellt har vi gjort platsbesök men nu kan vi också utnyttja andra möjligheter som drönare eller andra farkoster för att inspektera och samla information. Vi försöker också förstå var man ska placera sina instrument för att få så tidiga varningar som möjligt på att något håller på att förändras, säger han.
Vattenkraftverksamheten styrs av olika lagar, förordningar och föreskrifter. Dessutom har branschen egna riktlinjer för dammsäkerhet, Ridas, som alla kraftbolagen arbetar efter.
– Det är viktigt att det finns en samsyn i hur man förvaltar och sköter sina anläggningar. Förutom att man har kontinuerlig tillsyn med personal på plats har man experter som gör periodvisa inspektioner och tillståndskontroller. Man jobbar också mycket med övervakning av dammarna och utveckling av system för analys av mätdata, säger Erik Nordström.
De äldsta konstruktionerna har reparerats både en och flera gånger för att man ska kunna säkerställa en hög dammsäkerhetsnivå.
”Inga allvarliga problem”
På frågan hur betongkonstruktionerna i Vattenfalls anläggningar mår idag svarar Erik Nordström att de är generellt i bra skick.
– Det finns inga allvarliga problem utan givetvis har man åtgärdat de som fanns tidigare genom att både täta, reparera skador och stabilisera dammarna. De äldsta konstruktionerna har reparerats både en och flera gånger för att man ska kunna säkerställa en hög dammsäkerhetsnivå.
Vidare förklarar han att Vattenfalls målsättning är att bli världsledande på dammsäkerhet. Om kraftbolagen inte kan visa att de har en hög säkerhetsnivå kan de inte övertyga myndigheterna om att få fortsätta med vattenkraft, menar han.
– Så hög dammsäkerhetsnivå och god tillgänglighet i vattenkraftsproduktionen är det som gäller.
Det finns många fördelar med att försöka hålla de gamla anläggningarna vid liv. Dels skulle det bli oerhört kostsamt att byta ut alla betongkonstruktioner eller bygga nytt. En annan faktor att ta hänsyn till är klimatpåverkan. Vid tillverkning av cement, som tjänar som bindemedel i betongen, avges stora mängder koldioxid. Det innebär att varje om- eller nybyggnad riskerar bli en stor belastning för miljön.
Men går det att reparera de äldre anläggningarna i all evighet?
– Allt handlar om prislappen och accessen till anläggningarna. I produktionsnära konstruktioner vill man ha så korta stopp som möjligt och det kan påverka om man väljer att reparera eller ta ett stort grepp direkt för att lösa framtida problem. Så det är lite olika förutsättningar, förklarar Erik Nordström.
Vid varje start och stopp uppstår en del vibrationer och frågan blir hur det här påverkar omgivande betong långsiktigt.
Betong med lägre cementinnehåll
För närvarande pågår ett ombyggnadsprojekt vid Göta Älv i Lilla Edet där Vattenfall ersätter delar av den gamla dammen från 1918. För att minska klimatavtrycket har Vattenfall utvecklat en betong med lägre cementinnehåll.
– Man kom fram till att det inte var kostnadseffektivt att reparera den gamla dammen längre. Så beslutet blev att bygga om och då med en klimatförbättrad betong som vi utvecklade i vårt laboratorium och i partnerskap med entreprenören och leverantören. Koldioxidavtrycket blir cirka 30 procent lägre än om vi skulle ha köpt traditionell anläggningsbetong direkt från hyllan, säger Erik Nordström.
Nya regler, hårdare miljövillkor och ökade krav på säkerhet gör att vattenkraften ständigt måste följa utvecklingen och anpassa sig. En annan sak är klimatförändringarna som gör att vi kan förvänta oss större nederbördsmängder och kraftiga skyfall i framtiden. Enligt Martin Rosenqvist på Afry finns det risk för att ökade vattenflöden leder till nya typer av påfrestningar på vattenbyggnaderna.
– Om det kommer mer och kraftigare nederbörd kan det betyda att man måste släppa förbi vatten oftare genom utskovens dammluckor, och då kan det ske ett ökat slitage på betongen som är där, säger han.
På KTH pågår även ett forskningsprojekt kring hur laster och vibrationer från aggregaten kan påverka betongkonstruktionerna efter många års drift, berättar Erik Nordström.
– Energisystemets omvandling med mer oplanerbar vindkraft har också gett andra driftsmönster där aggregaten idag startas och stoppas betydligt oftare än förr. Vid varje start och stopp uppstår en del vibrationer och frågan blir hur det här påverkar omgivande betong långsiktigt.
Betong
Betong består till största delen av sand och grus eller bergkross som blandas med vatten och cement. Cement består i sin tur av kalksten och lera. Tillverkning av cement leder till stora utsläpp av koldioxid. Därför har den svenska betongbranschen som vision att all betong i Sverige ska vara klimatneutral till 2045.
Paula Isaksson
