Värmeutveckling och självuttorkning hos pasta- och bruksprov med flygaskainblandning – Litteraturstudie samt test av ny metod för kombinerad mätning av värmeutveckling och RF-nivå

Abstract

Concrete has been frequently used as a buildning material in modern time and is today one of the most applied buildningmaterials. Since the demand of sustainability is getting bigger, more focus is put on the large carbon dioxide emissions that happens due to the cementmanufacturing. One way to reduce the carbon dioxide emissions is to replace a part of the Portlandcement with residues from other industries, such as flyash from coal power plants that produces energy and heat. It's a complex situation to describe how self dehydration, strength and structure development of concrete and cementpaste changes when flyash replaces a part of the Portlandcement. Many things effekt the outcome and properties of the concrete, such as how much flyash added and the curing temperature. A reasearch-project has been started in Sweden due to the fact that it ́s been harder to predict dehydration times and som concrete structures have received a higher amount of watercontent than expected. This fact has led to a higher uncertainty and in some cases longer drying times and higher cost in order to dry the structures. In today ́s high productionrates and short productiontimes this becomes a problem.
This project aimes to compile the knowlegde about flyash and how it effects heat development and self dehydration of concrete in a literature study. The project also involves a laboratory part where self dehydration and heat development is investigated on samples of conrete and cementpaste, where different amount of flyash has replaced the cement. It is analyzed by putting samples of fresh cementpaste in a kalorimeter which measures heat development for ten days with the curing temperature of 20 °C. The kalorimeter that ́s been used in the project is provided with RH-sensors that registers the RH-level constantly during these ten days. Also concrete samples are made both in buckets with sealing lid and in shape of cubes (100x100 mm). The buckets where used for RH-measurements. A hole where drilled in the conrete sample and a RH- sensor put down to measure the RH-level. The cubes where used for testing compressive strength. The prospect of the project was to see some trends of how the flyashinvolvment affects the properties of the samples. Another was to test this new method of measuring RH-levels on cementpaste samples and see if the results correspond to same type of test on concrete samples. Except for these tests a setting time test was made for the concrete samples, in order to say something about the water need when flyash is replacing a part of the Portlandcement.
The work was carried out at Lunds Tekniska Högskola at the department of Buildning Materials and on the cementmanufacturer Cementa ́s factory in Slite, on Gotland, Sweden during the spring of 2018.
The results shows that samples consisting of cement with flyash seems to have a slower development of strength comparing to samples consisting of plain cement. The results are applicable for samples with maximum 35 % flyash content and during the first 28 days and with a curingtemperature of 20 °C. Another result is that samples with flyashcement seems to need less water and are binding less water too. This is based on tha fact that higher RH-levels are measured for tha samples with flyashcontent.
You should however be careful to make conclusions from these results since they are completed during only ten days under laboratory circumstances with a newly developed and a relativly untested method for measuring RH.-levels on cementpastesamples. The samples should be analyed for a longer period of time and with several mineral residues.

Popular Abstract (Swedish)

Betong har använts flitigt som byggmaterial under modern tid och är idag ett av de mest använda byggmaterialen. Då krav på hållbarhet blir allt större läggs mer fokus på de stora koldioxidutsläpp som cementtillverkningen medför. Ett sätt att minska klimatpåverkan är att ersätta delar av Portlandcementet med restprodukter från andra industrier, såsom flygaska från kol- och kraftvärmeverk. Det är en komplex fråga att svara på hur hållfasthet, självuttorkning och strukturutveckling påverkas av flygaskainblandning, många faktorer påverkar såsom inblandningsgrad och härdningstemperatur. Forskningsprojekt har startats med initiativ från byggbranschen då det blivit svårare att prediktera uttorkningstider för betongkonstruktioner och man i vissa fall erhållit ett högre fuktinnehåll än väntat. Detta har lett till större osäkerhet och i vissa fall längre uttorkningstider och större kostnader, vilket är ett problem då man idag har en hög produktionstakt och kort produktionstid.
Detta projekt syftar till att i en litteraturstudie sammanställa den kunskap som finns gällande hur flygaskainblandning påverkar självuttorkning och värmeutveckling för cementpasta och betong. Projektet omfattar även en laborativ del som går ut på att undersöka självuttorkningsförlopp och värmeutveckling på cementpastaprov och betongblandningar med olika mängd flygaskainblandning. Detta undersöks genom att placera färska cementpastaprov i en kalorimeter, som mäter värmeutveckling under tio dagar vid härdningstemperaturen 20 °C. Kalorimetern är utrustad med RF-givare som registrerar RF-nivån i proven under tiden proven är placerade i kalorimetern. Betongblandningar placeras i hinkar med tätförslutande lock och kuber med storleken 100x100 mm. Hinkarna användes för att undersöka RF-nivån genom att borra ett mäthål där RF-givare monterades. Kuberna användes för hållfasthetstest. Förhoppningen var att kunna se tendenser till vilka effekter som flygaskainblandningen gav på proven och att undersöka om RF-mätning på cementpastaprov ger en bra uppskattning och bra överensstämmelse med motsvarande tester på betongprov med dagens metod där man borrar mäthål i gjuten betong. Även bindetidstest genomfördes för betongblandningarna, med syfte att få svar på om flygaskainblandningen gav ett lägre vattenbehov.
Examensarbetet utfördes vid Lunds Tekniska Högskola på avdelningen för Byggnadsmaterial och på cementtillverkaren Cementas fabrik i Slite, på Gotland under våren 2018.
Resultaten från undersökningen visar att inbladning av flygaska ger en långsammare hållfasthetsutveckling jämfört med för rent Portlandcement under de första 28 dygnen med 15, 20 samt 35 % flygaskainblandning och vid en härdningstemperatur på 20 °C. Resultaten visar även tendenser på att flygaskainblandning ger ett lägre vattenbehov och binder mindre vatten genom att högre RF-nivåer uppmättes på flygaskacementproven, jämfört med för prov med enbart cement som bindemedel.
Man bör dock vara försiktig med att dra några slutsatser från resultaten då undersökningen endast pågick under tio dagar och utfördes under laborativa förhållanden med en nyutvecklad, relativt oprövad metod, för att mäta självuttorkning. Testerna bör undersökas under en längre tid med fler mineraliska tillsatsmedel än flygaska.

• author: Andersson, Matilda
• supervisor: Katja Fridh
• organization: Division of Building Materials
• course: VBMM01 20181
• year: 2018
• type: H3 - Professional qualifications (4 Years - )
• subject: Science General
• keywords: cement hydration self dehydration concrete relative humidity cementpaste betong relativ fuktighet cementpasta värmeutveckling hydratation
• publication/series: LUTVDG/TVBM
• report number: 5113
• other publication id: LUTVDG/TVBM-17/5113-SE
• language: Swedish
• id: 8951024
• date added to LUP: 2018-06-26 14:16:09
• date last changed: 2018-06-26 14:16:09