Glidestøping med miljøbetong

Abstract

Betong er et byggemateriale som er forbundet med betydelige klimagassutslipp. Opp mot 8 % av verdens CO2-utslipp skyldes betongproduksjon. Økt fokus på bruk av miljøvennlige byggematerialer har ført til økt etterspørsel etter miljøvennlig betong – betong med lave CO2- utslipp. I tradisjonell betong består bindemiddelet av portlandsement som gir store CO2- utslipp ved produksjonen. Mange typer miljøbetong erstatter deler av portlandsementen med andre tilsetningsmaterialer som har pozzolane eller hydrauliske bindemiddelegenskaper. Eksempler på dette er industrielle biprodukter som flygeaske, silikastøv og slagg, da disse tilsetningsmaterialene medfører mindre klimagassutslipp enn portlandsement.

Glidestøp er produksjonsmetode for betongkonstruksjoner som har vært brukt i flere tiår, og som typisk benyttes for høye konstruksjoner med enklere geometri. Metoden er en kontinuerlig prosess der forskalingsformen blir løftet langs konstruksjonen av hydrauliske jekker med jevne tidsmellomrom. Resultatet er en sammenhengende konstruksjon uten skjøter. Ved glidestøp er det friksjon mellom forskalingen og betongen, og for hvert løft blir betongen utsatt for en løftebelastning. Til å beskrive løftebelastningen på betongen kan den generelle friksjonslov og Terzaghis prinsipp benyttes. Her utgjør poretrykket i betongen en sentral parameter. Lave løftebelastninger er viktig for å redusere risikoen for overflateskader som videre kan føre til redusert bestandighet for konstruksjonen.

Denne oppgaven skal undersøke effekten av tilsetningsmaterialer i betong ved glidestøping. Oppgaven er delt i to hoveddeler: en litteraturdel og en praktisk forsøksdel.

Litteraturdelen er delt mellom miljøbetong og glidestøping. Litteraturdelen for miljøbetong vil særlig fokusere på bruken av tilsetningsmaterialer.

For forsøksdelen testes det seks forskjellige betongresepter med ulike andeler og typer tilsetningsmaterialer i det effektive bindemiddelet. Én betongresept med 6% silikastøv, tre med flygeaske (15 %, 35 % og 50 %), og to med slagg (30 % og 70 %).

Det ble utarbeidet EPDer for de testede betongreseptene. Disse viste at ved høyere andel tilsetningsmaterialer, jo lavere ble CO2-utslippene ved produksjonen av betongen. Særlig resepten med 70 % slagg hadde lavt CO2-utslipp.

For å teste tilsetningsmaterialenes effekt ved glidestøping benyttes Universitet i Stavangers gliderigg. Glideriggen registrerer relevante data ved vertikal glidestøping. Resultatdataene plottes i grafer og resultatene av forsøkene drøftes avslutningsvis i oppgaven.

Resultatene tyder på at økt andel av tilsetningsmaterialer fører til redusert temperaturutvikling og en langsommere hydratiseringsprosess. Dette fører til lengre avbindingstid, som forutsetter saktere glidehastigheter.

De fleste reseptene hadde sammenlignbar maksimal løftebelastning, men reseptene med 50 % flygeaske og 30 % slagg skilte seg ut med de laveste løftebelastningene.

Det ble ikke observert overflateskader på betongelementene til noen av de glidestøpte prøvene.

Concrete is a building material which production contributes considerable greenhouse gasemissions. As much as 8 % of the worlds CO2-emissions can be contributed to concrete production. The recent focus on the use of environmental-friendly building materials has resulted in a increased demand for environmental-friendly concrete – concrete with low CO2- emissions. In traditional concrete the binder consists of Portland cement, which production contributes to large CO2-emissions. Many types of environmental-friendly concrete replace parts of the Portland cement with supplementary cementitious materials with pozzolanic or hydraulic properties. Examples of such additives are industrial biproducts such as fly ash, silica fume and slag, as such supplementary cementitious materials results in a lower CO2- emissions than Portland cement.

Slip forming is a production method for concrete structures that has been practiced for several decades, and which is typically used for tall structures with less complex geometry. The method is a continuous process where the formwork is lifted by hydraulic jacks with even time spacings along the structure. The result is a contiguous structure without joints. During slip forming there is friction between the formwork and the concrete, and for each lift the concrete is subjected to a lifting stress. To describe the lifting stress subjected upon the concrete, the general friction law and Terzaghis principle can be applied. The pore pressure of the concrete is a major parameter. Low lifting stress is desirable to reduce the risk of surface damages to the concrete, which can in turn result in reduced durability of the structure.

This paper will examine the effect of supplementary cementitious materials in concrete used for slip forming. The paper is divided in two main sections: A literature review and an experimental section.

The focus of the literature review is two parted: environmental-friendly concrete and slip forming. The literature review examining environmental-friendly concrete will in particular focus on the use of additives.

For the laboratory experiments there will be tested six different concrete mixes with types and shares of supplementary cementitious materials. There were tested one sample with silica fume (6 %), three with fly ash (15 %, 35 % and 50 %) and two with slag (30 % and 70 %).

EPDs were made for each of the tested concrete mixes. The EPDs showed that higher shares of supplementary cementitious materials results in lower CO2-emissions for the production of the concrete. The concrete mix containing 70 % slag had the lowest CO2-emissions.

To test the effect of the supplementary cementitious materials during slip forming, the slip forming rig at the University of Stavanger was used. The slip forming rig collects relevant data during the vertical slip forming process. The data is plotted in graphs and the results is discussed in the latter part of the paper.

The results indicates that higher shares of supplementary cementitious materials contributes to lower temperatures in the concrete during the hydration process This does in turn result in longer setting times, which premise slower slip forming rates. vi

For most of the concrete mixes the registered max lifting stress were comparable, but the mixes containing 50 % fly ash and 30 % slag had the lowest max lifting stresses.

No surface damages were observed for any of the slip formed samples.