Användning av krävande ballastmaterial vid betongtillverkning - En laborativ utvärdering av absorptionshämmande tillsatsmedel för att möjliggöra användning av glimmerrik bergkross och återvunnen betong som ballast

Abstract (Swedish)

Detta examensarbete utvärderar ett absorptionshämmande tillsatsmedel för att möjliggöra användningen av krävande ballast vid betongtillverkning. Den huvudsakliga anledningen till att ballasten benämns som krävande är att den har ovanligt hög absorptionsförmåga. Studien undersöker hur betongens egenskaper påverkas av olika halter absorptionshämmare. Dels studerades glimmerrikt bergkrossmaterial, som på grund av sin höga halt glimmermineral har en hög vattenabsorption vilket försämrar betongens arbetbarhet. För att minska transportavstånd och därmed klimatpåverkan är det viktigt att kunna använda närliggande täkter, även om bergmaterialet innehåller glimmermineral. Utöver glimmerkrossen studerades även återvunnen betong som ballast. Återvunnen betong har också en hög vattenabsorption vilket är en av de största utmaningarna för att kunna använda det som ballastmaterial. Då betong sällan hanteras cirkulärt i byggprocessen utan ofta läggs på deponi är den återvunna betongen som ballast en intressant tillämpning för att öka den cirkulära användningen.

Den största delen av arbetet bestod av en laborativ del där den färska betongens egenskaper, såsom sättmått och värmeutveckling, och den hårdnade betongens egenskaper, såsom tryckhållfasthet, utvärderades hos betongen med krävande ballastmaterial och olika halt absorptionshämmare. För den glimmerrika bergkrossen varierades även vattencementtalet, och för återvunnen betong varierades halt återvunnen betong medan vattencementtalet var konstant. En del av arbetet bestod av en teoridel där standarder och krav kring användning av återvunnen betong som ballast utreddes.

Resultatet från studien visade generellt att absorptionshämmaren förbättrar arbetbarheten hos betongen. Dock gav absorptionshämmaren en svagt retarderande effekt på hårdnandet, vilket syntes både i kalorimetrimätningarna av värmeutveckling och i tryckhållfastheten efter 24 tim-mar. Efter 28 dygn fanns inga tecken på retardation från absorptionshämmare.

Gällande standard tillåts 5 % av så kallad ballast av restbetong. Om högre halter ska användas, eller så kallad ballast av återvunna rivningsmaterial, ställs krav på provning av ballasten eftersom den måste CE-märkas. Då detta uppfylls finns det möjlighet att använda relativt höga halter av återvunnen betong som ballast, men endast för grovfraktion och för vissa exponeringsklasser. I försöken användes både fin- och grovfraktion och resultaten visade att det är möjligt att överskrida 5 %. Upp till 25 % bedöms som rimligt att användas då absorptionshämmare tillsätts för valt vattencementtal och med både fin- och grovfraktion, medan 40 % bedöms som för mycket.

Abstract

This master thesis evaluates an absorption-inhibiting admixture to enable the use of demanding aggregate materials in concrete production. This was achieved by investigating how the properties of concrete were affected by different levels of absorption inhibitor. Firstly, mica-rich aggre-gate material was studied, which, due to its high mica mineral content, has a high water absorption rate that impairs the workability of concrete. In some locations, aggregates need to be transported over long distances. To reduce environmental impact and transportation costs, it is desirable to be able to use nearby quarries, even if the rock material contains mica minerals. In addition to mica aggregate, recycled concrete was also studied as an aggregate. Recycled concrete also has high water absorption, which is one of the biggest challenges in using it as an aggregate material. Since concrete is rarely handled in a circular manner in the construction process and is often disposed of in landfills, using recycled concrete as aggregate is an interesting application to increase its circular utilization.

Most of the work in this project consisted of a laboratory part where fresh properties such as slump and heat development, as well as hardened properties such as compressive strength, were evaluated for concrete with demanding aggregate materials and different concentrations of the absorption inhibitor. For the mica-rich rock aggregate, the water-cement-ratio was varied along with the concentration of the absorption inhibitor. For recycled concrete, the concentration of both the absorption inhibitor and the recycled concrete itself were varied while keeping other variables constant. A theoretical part of the work focused on investigating Swedish standards and requirements related to the use of recycled concrete as aggregates.

The results of the study generally showed that the absorption inhibitor improved the workability of concrete. However, the absorption inhibitor had a slightly retarding effect on the setting, which was evident in both calorimetry measurements of heat development and compressive strength after 24 hours. After 28 days, there were no signs of retardation caused by the absorption inhibitor.
The Swedish standard allows 5% of recycled concrete aggregates. If higher levels, or aggregates made from recycled demolition materials, art to be used, testing of the aggregate is required because it must be CE marked. When this requirement is met, it is the possible to use relatively high levels of recycled concrete aggregates, but only for the coarse fraction and certain exposure classes. In the laboratory tests, both the fine and coarse fractions were used, and the experimental results showed that it is possible to exceed the 5% limit. Up to 25% is considered reasonable to use when an absorption inhibitor is added for the chosen water-cement-ratio and with both fine and coarse fraction, while 40% is deemed to be excessive.

Popular Abstract (Swedish)

Denna studie visar att användningen av återvunnen betong och krossat berg med vattenuppsugande egenskaper kan öka i betongtillverkningen om dessa behandlas med ett medel som förhindrar vattenuppsugningen. Detta är fördelaktigt då mindre betong behöver läggas på deponi och transportutsläppen kommer minska då fler täkter med krossat berg kan användas.

Betongindustrin står för ett flertal utmaningar i och med att kraven på minskade utsläpp skärps för att uppnå klimatmålen. Betong tillverkas idag av cement, vatten och stenmaterial, som också kallas ballast. Minskningen av cementproduktionens stora utsläpp är på god väg med metoder som koldioxidinfångning och ersättning av en del av cementet med mer klimatvänliga alternativ. Ballasten, som både återvunnen betong och krossat berg kan användas som, har länge bortprioriterats men blir nu allt viktigare att hantera ur klimatsynpunkt.

I Sverige är betonghus vanliga, och när dessa hus ska rivas hamnar betongen oftast på tippen. Ibland blir betong också över från gjutningar. Sådan betong hälls ut för att stelna och användningen av den är begränsad. Helt enkelt finns mycket betong utan användningsområde. Genom att ersätta en del av stenmaterialet i betong med återvunnen betong ökar den cirkulära användningen av betongen vilket ligger i linje med klimatmålen. Svårigheten med materialet är dock att det absorberar mycket fukt vilket ger en trög betong.

Oftast används krossad sten som ballast i betong. Beroende på varifrån stenmaterialet kommer har det olika innehåll. På vissa ställen innehåller berget mineralet glimmer som gör att stenmaterialet suger upp mycket vatten. Om användning av berg som innehåller glimmer kan möjliggöras innebär det att transportutsläppen för ballast kan minska då fler bergtäkter kan användas. Detta är viktigt då det är stora volymer stenmaterial som krävs i betongen, och därför stora lass som transporteras.

I studien har betong gjutits dels med krossat berg med glimmermineral, dels med återvunnen betong. För att minska den vattenuppsugande förmågan behandlades materialen med ett medel och resultaten var tydliga: Medlet gjorde betongen mycket enklare att arbeta med. Det visade sig också att betongen stelnade långsammare när en större dos medel användes, vilket kan skapa problem på byggarbetsplatser där ett högt tempo är önskvärt. Med vidare studier kring vilken dos som passar för vilket material utan att betongen stelnar för långsamt finns förhoppningar att detta medel ska öka användningen av ballast som suger mycket fukt, och på så sätt bidra till klimatomställningen.

• author: Hagberg, Anna and Andersson, Andreas
• supervisor: Peter Johansson; Sven-Henrik Norman; Niklas Johansson
• organization: Division of Building Materials
• course: VBMM01 20231
• year: 2023
• type: H3 - Professional qualifications (4 Years - )
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Absorption inhibitor, admixtures, aggregate, biotite, calorimetry, compressive strength, concrete, heat development, mica, recycled concrete, workability
• report number: 5130
• other publication id: LUTVDG/TVBM-23/5130-SE
• language: English
• id: 9123727
• date added to LUP: 2023-06-20 10:16:17
• date last changed: 2023-06-20 10:16:17