TILLSATSMATERIAL FÖR BETONG

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "TILLSATSMATERIAL FÖR BETONG"

Karl-Erik Forsberg
för 5 år sedan
Visningar:

1 TILLSATSMATERIAL FÖR BETONG Leif Fjällberg, Oktober 2017 Research Institutes of Sweden Division Samhällsbyggnad RISE CBI Betonginstitutet

2 Betong Betong för t. ex. hus- och broar består av: Portlandcement Sand Sten Vatten Kemiska tillsatsmedel, t.ex. flyttillsatsmedel Portlandcementet kan delvis ersättas med tillsatsmaterial 2

3 Specific Surface Area, m 2 /kg Material till betong 1,000, ,000 10,000 1, Nanosilica Precipitated Silica Silica Fume Finely Ground Mineral Additives Nano-Engineered Concrete High-Strength/High-Performance Concrete Metakaolin Fly Ash Conventional Concrete Portland Cement Aggregate Fines 10 Natural Sand Coarse Aggregates ,000 10, ,000 1,000,000 10,000, ,000,000 Particle Size, nm

4 Med tillsatsmaterial till betong menar man finkorniga mineral som delvis ersätter cementet, man får ett blandcement Överblick av tillsatsmaterial till cement/betong De reaktiva tillsatsmaterialen är ett slags bindemedel i likhet med cementet De reagerar främst med bildad kalciumhydroxid och ger en styrketillväxt Beroende på reaktiviteten kan de ersätta cementet till en viss grad utan att hållfastheten försämras Tillsatsmaterial för att ersätta en del av det rena portlandcementet har använts i flera årtionden 4

5 Tillsatsmaterial till cement/betong Exempel på tillsatsmaterial som används till cement/betong Flygaska från kolförbränning Masugnsslagg från ståltillverkning. Smältan snabbkyls och blir amorf Silikastoft utvinns från rökgaserna vid framställning av kiselmetall och ferrokisel Naturliga puzzolaner, vulkanaskor Metakaolin Bränd skiffer Kalkstensfiller Även andra restprodukter är möjliga att använda vid betongframställning 5

6 Tillsatsmaterial till cement Enligt cementstandarden SS-EN 197-1:2011 finns det 27 cementtyper Cementen delas in i olika klasser beroende på inblandning av tillsatsmaterial I Sverige tillverkas tre huvudtyper av portlandcement Bascement som innehåller ca 4 % kalksten, 14 % flygaska och resten cementklinker Anläggningscement ett långsamt härdande, sulfatresistent portlandcement med 95 % cementklinker Snabbhärdande cement med 95 % cementklinker 6

7 Cirkulär ekonomi Tillsatsmaterial Tillsatsmaterial Cementtillverkning Betongtillverkning Ny betong Fyllnadsmaterial Betongkonstruktioner 7

För att bränna kalksten CaCO3 till bränd kalk CaO räckte det med en temperatur på ca 850-900 C.

8 För att bränna kalksten CaCO3 till bränd kalk CaO räckte det med en temperatur på ca C. Den brända kalken släcktes till kalciumhydroxid Ca(OH) 2 Vulkanaska är en puzzolan Puzzolanreaktionen: Romersk betong med vulkanaska Ca(OH) 2 + SiO 2 + H 2 O dvs. kalcium-silikat-hydrat C-S-H 8

9 Dagens cementtillverkning Kräver en temperatur på 1450 C Utom kalksten som ger Ca krävs, Kvartssand, Si Mineral, Al, Fe Smältan snabbkyls och bildar cementklinker kg CO 2 /ton klinker 9

Flygaskan fångas upp i filter Typisk oxidsammansättning: SiO2 40-55 % Al2O3 20-30 % Fe2O3

10 Flygaskan fångas upp i filter Typisk oxidsammansättning: SiO % Al2O % Fe2O % CaO 3-7 % MgO 1-4 % SO3 0,4-2 % K 2 O + Na 2 O 1-5 % Flygaska från kolförbränning 10

11 En restprodukt från järnframställning Slaggen snabbkyls och blir amorf Kallas granulerad masugnsslagg Typisk sammansättning: SiO % Al2O % Fe2O % CaO % MgO 1-18 % S 0,4-2 % Masugnsslagg 11

12 Silikastoft Från rökgasfilter vid framställning av kiselmetall och ferrokisel Typisk sammansättning: 1/100 av cementkornens storlek SiO % Hög reaktivitet Al 2 O 3 0,1-0,4 % Fe 2 O 3 0,02-0,15 % CaO 0,08-0,3 % MgO 0,3-0,9 % S 0,1-0,3 % K 2 O + Na 2 O 0,4-0,9 % 12

13 Egenskaper för några vanliga tillsatsmaterial Egenskap Portlandcement Silikastoft Flygaska Masugnsslagg Struktur Kristallin Amorf Amorf Amorf Kornstorlek, µm , Spec. yta m 2 /kg Effektivitetsfaktor ,2-0,5 0,6-1,0 13

14 Restprodukter, naturliga mineral Restprodukter från industrin Askor från förbränningsprocesser Bioaska Risskalsaska Kaolinlera - bränns varvid kaolinet övergår till metakaolin och blir amorft Övriga leror- kalcineras vid förbränning Slam från pappersindustrin innehåller kaolin och kalciumkarbonat Gips 14

15 Några projekt på CBI med restprodukter Slam från pappersindustrin bestående av kaolin och kalciumkarbonat Vid försök på CBI har slammet bränts varvid kaolinet övergått till metakaolin Metakaolinet har sedan använts vid betongframställning på laboratoriet Metakaolinet ger ett starkt bidrag till hållfastheten 15

16 Metakaolin Metakaolin, Al 2 O 3 x 2SiO 2 Metakaolin bildas vid förbränning av kaolin och blir amorft Puzzolanreaktionen, schematiskt: Ca(OH) 2 + Al 2 O 3 x 2SiO 2 + H 2 O C 2 ASH 8 + C 3 S 2 H 3 Bildar hydrat av kalcium-aluminium-silikat och kalcium-silikat Metakaolinet har en hög reaktivitet, gör strukturen tätare och bidrar till hållfasthetstillväxten för betong 16

17 Risskalsaska I Asien har man stora mängder risskal Risskalen används som bränsle i el-kraftverk och ger risskalsaska -bottenaska -flygaska Typisk sammansättning: SiO 2 92 % Högre reaktivitet och större finhet än silikastoft Al 2 O 3 0,2 % Fe 2 O 3 0,2 % CaO 1,1 % MgO 0,7 % SO 3 0,5 % K 2 O + Na 2 O 3,9 % 17

18 Varför använda tillsatsmaterial - för att delvis ersätta det rena portlandcementet - använda restmaterial som annars måste deponeras - en del av den cirkulära ekonomin 18

19 Slutkommentarer - användningen av tillsatsmaterial begränsas av tillgången - t. ex. flygaska och slagg - restmaterial som idag inte används blir därför intressanta och har en utvecklingspotential - kvalitetskrav på vad som får blandas in i betong finns t. ex. certifiering för flygaska - visioner finns att betongen skall bli klimatneutral under livscykeln 19

20 TACK! Leif Fjällberg Research Institutes of Sweden Division Samhällsbyggnad RISE CBI Betonginstitutet

Relevanta dokument

Klimartsmart Betong - Egenskaper & användning. Ingemar Löfgren FoU chef Thomas Concrete Group

Klimartsmart Betong - Egenskaper & användning Ingemar Löfgren FoU chef Thomas Concrete Group Betong som ett material Utvecklas gradvis (kontrollerbart) från flytande/plastisk till fast form däremellan