Betong med tillsatsmaterial Inverkan på klimatbelastning och beständighet Ingemar Löfgren, FoU chef TCG & adjungerad professor Chalmers tekniska högskola
Betongens tidslinje Blandning Gjutning Tillstyvnande & glättning Tidig hållfasthet 28-d Rivning & återvinning Service life t 0 3h 8h 1d 2d dagar 1 månad månader 1 år 50-100 år Betong, under dess livslängd, måste uppfylla krav gällande ett antal egenskaper (bindetid, hållfasthet & hållfasthetsutveckling, temperaturutveckling, krympning, etc.) och vara beständig m.h.t. den miljö som den ska placeras i (karbonatisering, frost, klorider, sulfater, syror, etc.). M.h.t. miljöbelastning & resursanvändning (LCA) kan krav ställas angående delmaterial och betongsammansättning (CO 2 -fotavtryck).
Minskad klimatbelastning från anläggningsprojekt Hur gör man, vad kan man göra och vad är möjligt? Sedan 2006 har Thomas Concrete importerat tillsatsmaterial, flygaska och mald granulerad masugnsslagg (GGBS). Drivkrafter: Tekniska, Miljömässiga & Ekonomiska fördelar. Fördelar och möjligheter har hittills främst utnyttjats i temporära anläggningskonstruktioner p.g.a. gällande regelverk. Metakaolin Silikastoft (hög SiO2) SiO 2 Silica GGBS Glass Natural CaO pozzolans SiO 2 Clay Fly ash high SiO 2 GGBS Portland cement Fly ash high CaO Metakaolin (hög CaO) Klacinerad skiffer CaO Lime Al 2O 3 Kalcium aluminate Al 2O 3
Skjuvgräns [Pa] Värmeutveckling, W [kj/kg] 80 60 40 20 0 Utnyttjande av tillsatsmaterialens egenskaper Inverkan på reologi/arbetbarhet ökad mängd FA 0 20 40 60 80 Viskositet [Pa s] Inverkan på miljöbelastning Material CEM I Slagg (GGBS) Metakaolin (hög CaO) Silikastoft CO 2e /ton 780-880 kg 4 kg 52-67 kg (hög SiO2) GGBS Klacinerad skiffer Inverkan på beständighet Inverkan på värmeutveckling 300 250 200 150 100 50 Inverkan på kulör Betong vct eqv 0,50 16mm S3 CEM II/A-LL 42,5 R + GGBS 0% 11% 20% 33% 50% 0 0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 Tid från mix [timmar]
Ex. 1: Styrd hållfasthetstillväxt Sekantpålar (NL 12) Tryckhållfasthet (kub) [MPa] Specifikation (temporär konstruktion): Max 10 MPa vid 3 dygn & max 15 MPa vid 7 dygn. C16/20 efter 28/56 dygn. Möjliggjordes med användning av flygaska & Byggcement. Tot. ca 10.000 m 3, en besparing av 1600 ton CO 2 (45%). Styrd hållfasthet möjliggjorde snabbare byggnation och kostnadsbesparingar. 40 30 vbt = 0,64 20 10 0 17% FA 33% FA 40% FA 46% FA 53% FA 1 10 100 Ålder [dagar]
Tryckhållfasthet (kub) [MPa] Temperatur [ºC] Ex. 2: UV-betong låg värmeutveckling NL 12: Spec. UV-betong Mycket låg värmeutveckling. C 20/25 28 dygn & C 15/20 efter 5 dygn (i konstr.). Möjliggjordes med användning av flygaska & CEM II/A-LL. Ca 8.000 m 3, en besparing av 1120 ton CO 2 (50%). 40 35 30 25 20 15 10 0 12 24 36 48 60 72 50 40 30 20 10 Tid [timmar] Härdning 20 C Härdning 5-8 C 0 1 10 100 Ålder [dygn] Marieholm: Spec. UV-betong Låg värmeutveckling, motsv. Anläggningscement. C 20/25 vid 28 dygn & C 15/20 efter 5 dygn (i konstr.). Möjliggjordes med användning av slagg & CEM II/A-LL. Ca 9.000 m 3, en besparing av 1220 ton CO 2 (50%).
Ackumulerad mängd avflagat material [kg/m 2 ] Blandning Rivning & återvinning Undersökning av beständighet inverkan av tillsatsmaterial Service life t 0 1d 2d 4d 1 vecka 1 månad månader 1 år Flera år Från t 0 till 100 år: Beständighetsegenskaper hos anläggnings-betong med flygaska. SBUF-project 2010-2012 (Thomas Betong, Trafikverket, Bilfinger, NCC, Skanska & Swerock). Undersökning för verifiering av beständighetsegenskaper. Från 2013 tillåts upp till 20% flygaska (tidigare max 10%) i anläggningsbyggande. 0,30 Provning vid 28 dygns ålder 0,25 0,20 0 % 0.45 CEM I 11 % 0.45 CEM I 25 % 0.45 CEM I 33 % 0.45 CEM I 0 % 0.45 CEM II 11 % 0.45 CEM II 25 % 0.45 CEM II 0,15 0,10 0,05 Beständighet: frost & klorider 0,00 0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98 105 112 Antal fryscykler
Kloridmigrationnskoefficient [10-12 m 2 /s] Kloridhalt [% av bindemedel) 6,0% 5,0% 4,0% 3,0% 2,0% 1,0% vct (vbt) = 0,35 0,0% 0 10 20 30 40 50 60 Djup [mm] 100% Slite 100% Anl 95%Anl+5%SF 85%Anl+10%Fa+5%SF 85%ANL+15%RHA CEM III/B Kloridprofil betong Träslövsläge (20 års exponering). Boubitsas, Luping & Utgenannt, SBUF projekt 12684. Ex. Beständighet klorider/korrosion Bestämning av kloridtäthet (kloridmigration), jämförelse med fältexponering för beräkning (modellering) av erforderliga täckskickt och förväntad livslängd 16 14 12 10 0,38 CEM I 42,5N SR3 MH/LA 0,45 30% GGBS 0,40 20% FA 0,30 CEM I 42,5N SR3 MH/LA 0,38 25% GGBS 0,45 60% GGBS 0,39 12% FA + 4% Si 0,38 15% GGBS + 5% Si 0,30 15% GGBS + 5% Si 8 6 4 2 5 10-12 3 10-12 Beräknade erforderliga täckskikt. Luping & Löfgren: Chalmers tekniska högskola, Bygg & miljöteknik, Rapport. no. 2016-4. 0 28 56 180 Ålder [dygn]
Miljöpåverkan & Kostnader - Möjligheter Miljöpåverkan kan minskas avsevärt (gröna upphandling). Med flygaska är potentialen 15-30% (ca. 55-110 kg CO 2 /m 3 ) och med slagg 15-50% (ca. 70-175 kg CO 2 /m 3 ). Idag är minskningen ca 15% (CEM II/A-V 42,5 N MH/LA/NSR). M.h.t. beständighet och erforderliga täckskikt el. förväntad livslängd (CEM I jmf. med CEM II med flygaska eller slagg) är inverkan på miljöbelastningen ännu större. M.h.t. beständighet, årligen ca. 700 miljoner kronor på underhåll av broar (exkl. kostnader för trafikstörningar). Förbättrad beständighet och ökad pålitlighet vid nybyggnad och reparation har en stor potential. Tekniska egenskaper och lösningar leda till andra besparingar, t.ex. minskat behov av kylning (för temperatursprickor), och möjligheter. En översyn och förändring av regelverket krävs dock!