Temperaturens inverkan på relativ fuktighet i betong - Materialkarakterisering av betong med vulkanisk puzzolan

Abstract (Swedish)

Betong är ett av byggsektorns mest använda material, men cementproduktionen står för stora koldioxidutsläpp. Ett sätt att minska klimatpåverkan är att reducera andelen cementklinker genom att använda alternativa bindemedel. Vulkanisk puzzolan från Island, VPI är ett tillsatsmaterial från Heidelberg Materials Cement Sweden som kan användas tillsammans med cement som bindemedel i betong. Tillsatsmaterialet ingår i produkten Bascement Plus Slite från Heidelberg Materials där cirka 20 % av cementet ersatts med VPI. Då VPI är ett relativt nytt tillsatsmaterial finns det behov av ökad kunskap om hur materialet påverkar betongens fuktegenskaper, hållfasthetsutveckling och hydratationsförlopp. Relativ fuktighet, RF, är särskilt viktig eftersom den används vid bedömning av betongens uttorkning, vilket i sin tur kan påverka planering och utförande av efterföljande byggmoment.

Syftet med examensarbetet var att undersöka hur temperaturförändringar påverkar relativ fuktighet i betong med olika andelar VPI samt att jämföra ingjutna RF-prober från Electrotech Kalix AB (ET) med traditionell borrhålsmätning med Vaisala HMP40S (V). Arbetet omfattade även undersökning av självuttorkning, hållfasthetsutveckling och hydratationsförlopp genom kalorimetri. För RF-mätningar och hållfasthetsprovning undersöktes två betongrecept med samma vatten-bindemedeltal, vbt. I det ena receptet bestod bindemedlet av 100 % Bascement Plus Slite, innehållande 20 % VPI, och i det andra receptet ersattes en del av bascementet med ytterligare VPI, vilket gav en total andel VPI på 33,3 %. Efter initial uttorkning utsattes betongprovkropparna för gradvisa temperaturförändringar mellan +20 °C och +10 °C respektive mellan +20 °C och +30 °C . Dessutom genomfördes ett försök med momentan temperaturförändring mellan +20 °C och +10 °C. Självuttorkning och hydratationsförlopp utvärderades separat på cementbruksprover med flera olika VPI-andelar.

Resultatet visade att RF i betongen påverkas av temperaturförändring, där RF stiger när temperaturen höjs och vice versa. Både ET- och V-proberna visade samma övergripande respons, men det fanns skillnader mellan mätmetoderna. V-proberna mätte genomgående cirka 4 %-enheter högre RF än ET-proberna genom hela mätperioden. Skillnaden är betydande och kan påverka bedömningen av betongens uttorkningstid. V-probernas omedelbara respons på temperaturförändringar var också motsatt det förväntade, där RF steg tillfälligt när temperaturen sänktes och vice versa. Detta kan sannolikt kopplas till borrhålets luftvolym och snabbare temperaturutjämning i mätsystemet. ET-proben uppvisade inte responsen, utan följde betongens temperaturförändringar.

Betongen med högre andel VPI uppvisade generellt högre RF under uttorkningsförloppet, vilket kan tyda på en tätare porstruktur eller långsammare fukttransport. Skillnaderna mellan materialen var dock i vissa fall små och bör därför tolkas med försiktighet i relation till mätosäkerheten. Hållfasthetsprovningen visade att båda recepten uppnådde höga tryckhållfastheter, men att betongen med lägre VPI-andel hade högre hållfasthet vid samtliga provningstillfällen. Kalorimetrimätningarna visade att ökad andel VPI gav lägre maximal värmeeffekt, vilket tyder på att reaktionsförloppet påverkas när andelen bascement minskar och VPI-andelen ökar.

Abstract

Concrete is one of the most widely used materials in the construction sector, but cement production is associated with a significant climate impact. One way to reduce this impact is to decrease the proportion of cement clinker by using alternative binders. Volcanic pozzolan from Iceland, VPI, is a supplementary material supplied by Heidelberg Materials Cement Sweden that can be used together with cement as a binder in concrete. The supplementary material is included in the product Bascement Plus Slite from Heidelberg Materials, in which approximately 20 % of the cement has been replaced with VPI. Since VPI is a relatively new material, there is a need for increased knowledge of how it affects the moisture behavior, strength development and hydration process of concrete. Relative humidity, RH, is particularly important as it is used to assess concrete drying, which in turn can affect the planning and execution of subsequent construction activities.

The aim of this thesis was to investigate how temperature changes affect measured relative humidity in concrete with different proportions of VPI, and to compare embedded wireless RH-probes from Electrotech Kalix AB (ET) with traditional borehole measurements using Vaisala HMP40S (V) probes. The study also included self-desiccation, strength development and hydration process evaluated by calorimetry. For the RH measurements and strength testing, two concrete mixes with the same water-to-binder ratio were studied. One mix consisted of 100 % Bascement Plus Slite, while in the other mix part of the cement was replaced with additional VPI, resulting in a total VPI content of 33.3 %. After initial drying, the concrete specimens were exposed to gradual temperature changes between +20 °C and +10 °C, and between +20 °C and +30 °C. In addition, one test with an instantaneous temperature change between +20 °C and +10 °C was performed. Self-desiccation and hydration behavior were studied separately on cement mortar samples with several different VPI contents.

The results showed that RH in the concrete was affected by temperature changes, RH increased when the temperature increased and vice versa. Both the ET- and V-probes showed the same overall response, but differences were observed between the methods. The V-probes consistently measured approximately 4 percentage points higher RH than the ET-probes throughout the measurement period. The difference is significant and may affect the assessment of concrete drying time. The immediate response of the V-probes to temperature changes also deviated from the expected trend, as RH temporarily increased when the temperature was lowered and vice versa. This is likely related to the air volume in the borehole and faster temperature equalization in the measurement system. The ET probes did not show this response but instead followed the temperature changes in the concrete.

The concrete with higher VPI content generally showed higher RH during the drying process, which may indicate a denser pore structure or slower moisture transport. However, the differences between the materials were in some cases small and should therefore be interpreted with caution in relation to the measurement uncertainty. The strength testing showed that both mixes achieved high compressive strength, but the concrete with the lower VPI content had higher strength at all testing ages. The calorimetry measurements showed that an increased VPI content resulted in a lower maximum heat flow, indicating that the reaction process is affected when the proportion of cement decreased and the VPI content increases.

Popular Abstract (Swedish)

Kan vulkanaska bidra till en mer klimatsmart betong?

Vulkanaska från Island kan användas för att minska mängden cement i betong och därmed också minska klimatavtrycket. Däremot förändrar materialet hur betongen beter sig när den torkar, vilket skapar nya utmaningar för byggbranschen. Samtidigt visar ny teknik att skillnader i mätmetoder kan motsvara flera månaders skillnad i bedömd torktid.

Byggsektorn står för drygt en femtedel av Sveriges koldioxidutsläpp, där cementproduktionen utgör en stor del. För att minska klimatavtrycket utvecklas därför nya typer av bindemedel där en del av cementet ersätts med andra material. Ett exempel är vulkanisk aska från Island som kan bidra till lägre utsläpp. Samtidigt behöver man förstå hur de nya materialen påverkar betongens egenskaper, särskilt uttorkningen. Betongens uttorkning bedöms genom att mäta relativ fuktighet, RF. Parallellt med utvecklingen av materialet utvecklas metoder för att mäta RF Detta väcker frågor som hur fungerar betong med vulkanaska i praktiken? Och går dagens mätmetoder fortfarande att lita på?

Att blanda i vulkanaska i cementet påverkar betongens egenskaper. Ju mer aska som blandas i desto längre tid tar det för materialet att torka och utveckla hållfasthet. Båda aspekterna är kritiska för att kunna hålla tidsplaner i branschen, men kan behöva kompromissas med för att minska klimatpåverkan. Betong behöver torka efter att den gjutits innan nästa skede i byggprojektet kan starta. Det har visat sig att metoden för att mäta hur mycket betongen torkat kan ge väldigt olika resultat, som i sin tur kan påverka tidsplanen rejält.

Traditionellt mäts uttorkningen genom att borra ett hål i betongen och mäta relativ fuktighet i hålet. En helt ny metod är att sätta in en fuktsensor i betongen direkt vid gjutning, när betongen fortfarande är lös, som sedan lämnas kvar när den stelnar. Tester har visat att det kan skilja uppemot fyra procent i relativ fuktighet mellan metoderna. Detta kan låta lite, men det motsvarar cirka fyra månaders torktid. Den dagliga driftkostnaden i ett byggprojekt kan uppgå till 100 000 kr, varpå totalsumman snabbt rusar iväg på grund av mätmetoden.

Tester visar även att temperaturen påverkar fuktmätningar i betong. Om mätningen sker vid lägre temperaturer visar den relativa fuktigheten lägre värden, och vice versa. I praktiken innebär detta att man får olika resultat om man mäter tidigt på morgonen på ett bygge när betongen är kall, jämfört med om man väntar till eftermiddagen på en solig dag när betongen är varm. Med bättre förståelse för sambandet mellan temperatur och fukt kan byggbranschen minska risken för felbedömningar, förseningar och onödiga kostnader.

• author: Andersson, Hugo and Nilsson, Andrea
• supervisor: Magnus Åhs
• organization: Division of Building Materials
• alternative title: The Influence of Temperature on Relative Humidity in Concrete - Material Characterization of Concrete Containing Volcanic Pozzolan
• course: VBMM01 20261
• year: 2026
• type: H3 - Professional qualifications (4 Years - )
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Betong, cement, relativ fuktighet, RF, RF-prob, RF-sensor, ingjuten, temperatur, temperaturpåverkan, temperaturvariationer, vulkanisk puzzolan, VPI, hållfasthet, kalorimetri, självuttorkning
• publication/series: LUTVDG/TVBM
• report number: 5148
• other publication id: LUTVDG/TVBM-26/5148-SE
• language: Swedish
• id: 9228943
• date added to LUP: 2026-06-03 10:00:21
• date last changed: 2026-06-03 10:00:21