Temperaturens inverkan på självuttorkningen hos klimatförbättrad betong

Abstract (Swedish)

Självtorkande betong behöver en hög halt cement för att fungera väl, vilket direkt leder till begränsande möjligheter till reduktion av koldioxidutsläpp. Intresset för att finna alternativ till en hög cementhalt är därför stort. Exempelvis är det känt att en lägre härdningstemperatur kan förbättra självuttorkningen och det finns även alternativa bindemedel med en potential till självuttorkning.

Det primära syftet med detta examensarbete var att undersöka temperaturens påverkan på självuttorkning i klimatförbättrade betonger med höga cementhalter. Ett BCSA-cement samt tre olika variationer på ett CEM II-cement, med slagg och accelerator som faktorer, undersöktes vid olika härdningstemperaturer såsom 1, 5, 10 och 20 ºC. Mätning av kubhållfasthet och relativ fuktighet på krossat material i provrör gjordes vid olika tidpunkter.

Resultatet tyder på att en högre självuttorkning uppnås vid lägre temperaturer för CEM II-cement utan slagg. För varianterna med slagg fanns inget temperaturberoende, dock erhölls en likvärdig, om inte högre självuttorkning. Inget tydligt samband i självuttorkning kunde urskiljas för varianterna med slagg, med hänsyn till acceleratorns effekt. BCSA-cementet uppnådde en mycket god självuttorkning vid låg temperatur, utan något samband vid högre temperaturer.

Möjligtvis kan det finnas ett samband mellan temperatur och reaktionshastighet, där ett långsammare reaktionsförlopp bidrar till en fin mikrostruktur. Stödet för detta påstående ligger i skillnaden i reaktionshastighet för CEM-II cementet utan slagg och varianterna med slagg, där de senare alternativen hade en låg reaktionshastighet trots en hög temperatur. Dock är detta något som kräver vidare studier för att fastställa. Vidare öppnade resultatet för BCSA-cement upp för vidare forskning, som en potentiell ersättare till cement i framtiden.

Abstract

To achieve an increased self-desiccation in concrete, a high cement content is needed, which leads to limited opportunities in a reduction of greenhouse gas emissions. There is therefore an interest in finding alternatives to a high cement content for self-desiccating concrete. For example, it is known that a lower curing temperature can improve self-desiccation. Furthermore, there are also alternative binders with a potential to high self-desiccation.

The primary purpose of this thesis was to investigate the effect of temperature on self-desiccation in climate-enhanced concrete with high cement contents. A BCSA-cement and three different variations on a CEM II-cement, with slag and accelerator as factors, were studied in 1, 5, 10 and 20 ºC. Cube strength and relative humidity in the form of crushed material in test tubes were measured at different time intervals.

The result indicates that a higher self-desiccation is achieved at lower temperatures for
CEM II-cements without slag. For the variants with slag, there was no temperature dependence, however, an equivalent, if not higher self-drying was obtained. No clear distinction in self-desiccation could be determined between the variants, in regards to the accelerators effect.
The BCSA-cement achieved a very high self-desiccation at a low temperature, without any relation at higher temperatures.

Possibly there may be a connection between temperature and reaction rate, where a smooth reaction process contributes to a fine microstructure. The support for this claim lies in the difference in reaction rate between the CEM-II cement without slag and the variants with slag, where the latter ones had a slower reaction rate, even at a high temperature. However, this is something that requires further study to determine. Furthermore, the results for BCSA-cement opened up for further research, as a potential replacement for cement in the future.

Popular Abstract (Swedish)

All betong är faktiskt inte så torr som man kan tro, trots att ytan ser torr ut. Normalt är betong ganska fuktigt och ju tjockare man gjuter desto längre tid tar det för betongen att torka. För att lösa detta finns det dock en betong som torkar snabbare: självtorkande betong.

Eftersom det ställs hårda fuktkrav och entreprenörer vill ha korta byggtider så finns det ett behov av betong som torkar snabbt. Olikt mot vad man kan tro så går det dock inte att skynda på processen genom att låta det torka ut mot omgivningen. Dels för att det finns risk för krympsprickor i betongen, dels för att betongen är väldigt tät. Istället använder man mycket mer cement istället tillsammans med en mindre mängd vatten så att man får en självtorkande betong, en teknik som har använts i Sverige i några decennier.

Problemet med denna teknik idag är att rörelsen mot reducerade koldioxidutsläpp är större än någonsin. Cement, som är en av de främsta källorna till koldioxidutsläpp i byggbranschen, går därför inte att använda på samma sätt som förr. Det finns klimatförbättrade cement med lägre koldioxidutsläpp, där man exempelvis blandar i restprodukter som slagg från den fossila ståltillverkningsindustrin. Dock är det inte riktigt känt vad som händer när dessa används i självtorkande betong, framförallt inte vid de låga temperaturer som vi har vid gjutning under vinterhalvåret, vilket har studerats i detta arbete.

Man hade kunnat tro att en högre temperatur skulle ge en torrare betong. Det är ju kemiska reaktioner som sker där vatten binds till ett fast material när det reagerar med cement, och kemiska reaktioner sker ju snabbare i högre temperatur. Resultatet tyder dock på att det är olika för olika cement. För traditionell betong som ej är klimatförbättrad så verkar det som att en lägre temperatur gynnar uttorkningen. Samma gäller för en klimatförbättrad betong med ett alternativt cement som inte används i Sverige ännu, BCSA-cement. För en klimatförbättrad betong, som baseras på receptet till en traditionell betong med en viss mängd slagg som ersättning till cementet, så verkar en högre temperatur gynna uttorkningen.

Resultatet kan bidra till att man undviker vissa temperaturer då vissa cement används. Vidare visade den klimatförbättrade betongen med slagg på något bättre uttorkning, jämfört med en traditionell betong. Resultatet är en indikation på att självtorkande betong är svårt att klimatförbättra eftersom den kräver betydligt högre cementhalter än vanlig betong: möjligtvis är det därför dags för ett omtänk i branschen för klimatets skull. Hur kan vi bygga rationellt med betong med lägre cementhalter?

• author: Ezmorrod, Samir
• supervisor: Lars Wadsö
• organization: Division of Building Materials
• alternative title: The effect of temperature on self-desiccation in climate-enhanced concrete
• course: VBMM01 20221
• year: 2022
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Betong, cement, självtorkande, självuttorkning, uttorkning, masugnsslagg, slagg, BCSA, belit, belit-kalcium-sulfo-aluminat-cement, accelerator, Bascement Slite, relativ fuktighet, RH, värmeutveckling, fossilfri, concrete, self-desiccation, GGBS, slag, ground granulated blast furnace slag, belite, belitic, calcium, sulfoaluminate, relative humidity, heat, fossil-free
• publication/series: LUTVDG/TVBM
• report number: 5126
• other publication id: ISRN LUTVDG/TVBM-22/5126-SE
• language: Swedish
• id: 9082635
• date added to LUP: 2022-09-20 13:10:25
• date last changed: 2022-09-20 13:10:25