Jämförelse av den strukturella prestandan mellan olika klimatförbättrade betongtyper

Sammanfattning: Betong är ett av de viktigaste byggnadsmaterialen som används i byggbranschen och det har använts i tusentals år på grund av dess egenskaper som är lämpade för många applikationer. Betong är en produkt med högt koldioxidutsläpp vilket beror på användningen av cement vid dess tillverkning. Cement är ett hydrauliskt bindemedel som används för att tillverka byggnadsmaterial som betong på grund av dess förmåga att vidhäfta andra material och binda samman dem. Huvud råvaran som används i tillverkningen av cement är kalksten som bränns upp för att skapa klinkercement och under den processen frigörs stora mängder av växthusgasen koldioxid. Att minska koldioxidutsläppen kopplade till produktionsprocessen av betongen är ett avgörande steg för att nå netto-noll koldioxidutsläpp klimatmålet. En metod för att uppnå det målet är användningen av klimatförbättrad betong som är en betongtyp där delar av cementinnehållet ersattes med industriella biprodukter eller avfallsmaterial såsom slagg eller flygaska. Användningen av sådana material i betongblandningen resulterar i minskningen av cementbehovet, vilket i sin tur minimerar betongens koldioxidavtryck. Syftet med detta arbete är att studera hur användningen av sådana ersättningsmaterial påverkar betongens strukturella egenskaper och prestanda genom att utföra en jämförelse av olika betongblandningar som innehåller olika kombinationer av dessa material.   En litteraturstudie genomfördes där flera vetenskapliga artiklar studerades. Totalt valdes 19 vetenskapliga artiklar ut från de studerade artiklarna för att göra en jämförelse mellan klimatförbättrade betongblandningar som diskuteras i dessa artiklar. Artiklarna diskuterade hur användningen av alternativa ersättningsmaterial som flygaska, masugnsslagg och återvunnen ballast påverkade betongens tryckhållfasthet, draghållfasthet, elasticitetsmodul, karbonatiseringsdjup, krypning, bearbetbarhet och uttorkningskrympning. Dessa betongegenskaper användes sedan som parametrar för jämförelse av klimatförbättrade betongblandningar från de valda artiklarna.    Intervjuer genomfördes också med några av de klimatförbättrade betongproducenterna i Sverige för att samla in data om befintliga klimatförbättrade betongprodukter som redan finns på marknaden. Företagen har tillfrågats om bland annat vad som gör deras betongprodukter till klimatförbättrad betong, vilka ersättningsmaterial använder de i betongblandningen samt vilka är för- och nackdelarna med att använda dessa material som ersättningsmaterial?   Jämförelseresultaten visade att användningen av material såsom flygaska, masugnsslagg och återvunnen ballast hade både positiva och negativa effekter på betongens egenskaper och prestanda beroende på ersättningsmaterialet samt ersättningskvoten. Användningen av dessa material i stora volymer hade generellt sätt negativa effekter på betongens egenskaper och prestanda. Betongblandningar som innehöll flygaska uppvisade höga tryck-och draghållfasthetsvärden. En försämring av betongblandningarnas elasticitetsmodul samt ett generellt sätt högre karbonatiseringsdjup, krypning och uttorkningskrympning observerades för betongblandningar som innehöll en hög flygaskainnehåll. Betongens bearbetbarhet och konsistens påverkades också på ett negativt sätt av den höga volymen av flygaska. Användningen av slagg hade en liknande effekt på betongensegenskaper och prestanda. Slagganvändningen resulterade i bättre hållfasthet och högre elasticitetsmodul för betongen. Användning av slagg i måttliga portioner har normalt sätt några små negativa effekter som inte leder till en betydande påverkan på betongens prestanda. Användningen av slagg i stora mängder i betongblandningen ledde dock till försämringen av betongegenskaper såsom krypning och uttorkningskrympning.   Att ersätta naturligt ballast med återvunnen ballast är en möjlig hållbar lösning på avfallsproblemet ur miljösynpunkt. En generell försämring av betongens egenskaper och prestanda kan dock förväntas vid användning av återvunnen ballast. Andra material såsom flygaska eller slagg som förbättrar betongegenskaperna används för att mildra den försämrande effekten orsakad av användningen av återvunnen ballast. Lägre hållfasthetsvärden observerades vid användningen av återvunnen ballast för att ersätta delar av mer än 30% av andelen naturlig ballast i betongblandningen. Detta ledde också till ökningen av betongens krypning och uttorkningskrympning. Bearbetbarheten och betongens konsistens påverkades inte lika kraftigt som betongens tryck- och draghållfasthet.   Utifrån jämförelseresultaten så drogs slutsatsen att prestandan och egenskaperna hos klimatförbättrade betongtyper avgörs av vilken typ av ersättningsmaterial som används i betongblandningen samt mängden av dessa material. Återvunnen ballast, slagg och flygaska eller bottenaska bör användas i måttliga portioner för att undvika försämringen av betongens prestanda. Högre utbytesgrad av dessa material leder till lägre prestanda och sämre egenskaper. Att använda återvunnen betong för att ersätta naturligt ballast ger generellt sett sämre prestanda hos betongen vilket kan lindras av användningen av andra ersättningsmaterial som förbättrar betongensegenskaper.