Kunskap om vatten är nyckeln till att använda klimatförbättrad betong

Artikelförfattare: Liming Huang, Chalmers Tekniska Högskola, Luping Tang, Chalmers Tekniska Högskola, Ingemar Löfgren, Chalmers Tekniska Högskola, Thomas Concrete Group AB och Nilla Olsson, NCC Sverige AB

Alternativa bindemedel (”supplementary cementitious materials”, SCMs) erbjuder en hållbar lösning för att minska koldioxidutsläppen från produktionen av cement och betong. Denna studie utforskar påverkan av SCMs och relaterade tillsatser på hydratiseringsprocessen hos cementbaserade material, vilket påverkar deras mikrostruktur och transportegenskaper. Vatten är involverat i hela livscykeln hos cementbaserade material och avgör därigenom hydratiseringen, mikrostrukturen och beständigheten. Avancerade tekniker användes i stu­dien för att undersöka mikrostrukturförändringar som induceras av SCMs och deras korrelation med transportegenskaper. En utrustning konstruerades för att kontinuerligt kunna övervaka effekten av SCMs på hydratisering, härdningsprocess och uttorkning av betong som innehåller SCMs. Den ger insikter i mekanismen för vattnets interaktion med grön betong och tillför en ny icke-destruktiv metod för att främja högkvalitativ användning av SCMs i klimatförbättrad betong.

Betong är det grundläggande materialet för många konstruktioner och är där­med volymmässigt det i särklass mest använda fasta materialet i världen. Port­landcement (PC), som är det primära materialet i produktionen av betong, leder till stora utsläppa av koldioxid under dess tillverkning (se Figur 1), vilket bidrar med 7–8 procent av de antropogena koldioxidut­släppen [11]. I dag är det mest genomförbara och mognaste sättet att minska utsläppen från cementproduktionen att delvis ersätta det med så kallade alternativa bindemedel (SCMs). För att nå nollutsläpp 2050, krävs det att mängden klinker i cement minskas till mindre än 56 procent och att 95 pro­cent av CO2 från cementproduktionen fångas in och lagras (CCS), enligt en rap­port från International Energy Agency (IEA, 2022). 

SCMs har en betydande inverkan på hydratiseringen av vanligt portlandcement och mikrostrukturen hos härdad cementbaserad pasta, vilket i sin tur påverkar egenskaperna hos färsk betong (härd­ningstid och reologi), de härdade egenskaperna och därmed betongens bestän­dighet. Hydratiseringen av cement blandad med SCM är en interaktion mellan vatten och dessa bindemedel. Denna pro­cess innefattar lösligheten hos mineraler och den följande utfällningen av hydratiseringsprodukter från porlösningen [9] [10]. Vatten spelar en avgörande roll i reaktionen hos cementbaserade material. Det fungerar som en ”bärare” för att lösa upp joner från mineralytor och som en ”komponent” för att bilda den kemiska strukturen hos hydratiseringsprodukter (till exempel kalciumsilikatahydrat, C-S-H). Fukttransportegenskaper spelar en avgö­rande roll för att bestämma prestandan hos cementbaserade material under byggprocessen och under långsiktig använd­ning. Vid användning av traditionella metoder för att förutsäga rätt tidpunkt för att till exempel lägga golvbeläggningar på betong som innehåller SCM-material kan felaktiga prognoser leda till fuktrelaterade problem vilket kan utgöra en risk för människors hälsa.

Det är därför viktigt att undersöka interaktionen mellan vatten och cementba­serade material som är blandade med stora mängder av dessa SCMs. Detta bidrar till att förstå och kontrollera kvaliteten på blandade cement (BC), vilket hjälper till att främja användningen av SCMs av hög kvalitet i klimatförbättrad betong.

Läs hela artikeln i Bygg & teknik 6/2023.
Teckna en prenumeration HÄR