Hem Tjänster Utbildning Forskning Bibliotek Om oss Intressentföreningen Kontakt
Betongforskning
Bergmaterialforskning
Modellering och simulering
Material- och produktutveckling
Uppdragsforskning
Forskningsstyrelse

A-forskning inom betongområdet

Med A-forskning menar vi systematiskt och metodiskt sökande efter ny kunskap och nya idéer som kan tänkas lägga grunden för tillämpning. A-forskningen är öppen vilket innebär att forskningsresultaten är tillgängliga för alla. Huvuddelen av CBI Betonginstitutets A-forskning finansieras av Konsortiet för finansiering av grundforskning inom betongområdet och staten genom institutens strategiska kompetensmedel (SK-medel). Institutets doktorandprojekt räknas också som A-forskning. För närvarande pågår fem doktorandprojekt av vilka två delfinansieras av Konsortiet.

 

De pågående Konsortieprojekten har av dess referensgrupp delats in i två huvudområden: hållbarhet (H) och produktion (P). Forskning om hållbarhet handlar här om allt som kan leda till ökad hållbarhet inom betongbyggandet och den byggda betongmiljön, projekten kan handla om material, konstruktion, bruksskedet, reparation och förstärkning samt återanvändning, återvinning och kretslopp. Produktion skulle kunna omfatta alla typer av projekt som fokuserar på produktivitet, kvalitet och arbetsmiljö, men på CBI Betonginstitutet har projekten inom produktion i stor utsträckning inriktats mot självkompakterande betong.

 

Internationellt handlar hållbarhetsforskningen inom betongområdet i stor utsträckning om att ersätta cement med andra bindemedel, i första hand restprodukter som flygaska, silika och slagg. En annan väg är att optimera betongreceptet och inte använda mer bindemedel än vad som i varje enskilt fall krävs för att uppfylla hållfasthets-, beständighets- eller andra krav. CBI Betonginstitutet har ett pågående projekt som syftar mot att utveckla en betong med 15 MPa i tryckhållfasthet. En utredning visar att sådan betong skulle kunna fungera bra i t.ex. väggar och bjälklag med måttlig spännvidd. Inom projektet har fokus riktats mot att använda höga halter flygaska i receptet för denna, enklare betong. En annan idé är att skapa hybridelement som består av tunna lameller av högpresterande betong och en kärna av låghållfast betong, t.ex. flygaskebetongen. Här har institutets forskning inriktats mot att utveckla en betong som har hög böjdraghållfasthet, snabb hållfasthetstillväxt och goda egenskaper i färska stadiet.

Vårt land har ett hållbarhetsmål att radikalt minska användningen av naturgrus i ballast till vägar, järnvägar och betong. CBI Betonginstitutet har under ett decennium arbetat med en serie projekt med syfte att ersätta naturgrus med krossballast i betong. Krosspartiklarna gör dock betongen svårare att gjuta. Ett sätt att lösa det problemet är att öka halten cementpasta i betongreceptet, men det innebär mer cement och därmed ökade CO2-utsläpp. Institutets forskning visar att det finns andra sätt såsom tvättning (man eliminerar det finaste materialet) och förhöjd dosering av flytmedel. I samarbete med industrin håller vi även på att utveckla rekommendationer och programvara för proportionering av betong med krossballast.

En annan aspekt av hållbarhet är beständighet och det är ett område som CBI arbetat med sedan 1960-talet. Ökad beständighet ger ökad livslängd vilket innebär att naturresursuttaget kan minskas över tid. De beständighetsprojekt som institutet arbetat med under senare år handlar om självkompakterande betong som utsätts för sulfatangrepp och kloridtröskelvärden för armerad betong i vilken ingår olika typer av tillsatsmaterial. Nuvarande betong­bestämmelser ger handfasta råd om proportionerna mellan vatten, cement och andra bindemedel samt täckskikt, men dessa bestämmelser kan verka utvecklingshämmande. Institutet har därför startat ett nytt projekt kring funktionsinriktad beständighet där målet är att ställa funktionskrav så att materialtillverkaren kan utveckla mer optimala recept för de aktuella förhållandena för ett specifikt byggobjekt.

Beständig betong handlar inte bara om betongen utan även om sprickor som kan öppna ingångar för vatten, fukt och klorider rakt in till den annars skyddade armeringen. Sprickor kan bl.a. uppkomma genom förhindrad krympning och vi vet att dagens betong krymper mer än gårdagens men på frågan varför betongen krymper finns det fler spekulationer än svar. För att gå på djupet kring detta pågår ett förståelseinriktat projekt kring krympning hos betong med moderna flytmedel och filler.

Besläktat med beständighet är reparation och förstärkning som också syftar till en ökad livslängd. CBI Betonginstitutet har bedrivit många reparationsprojekt genom åren inte minst flera EU-projekt. Ett aktuellt projekt handlar om förstärkning av pelardäck för att höja kapaciteten mot genomstansning.

CBI Betonginstitutet driver även flera projekt kring hållbarhet och bruksskedet. Betong har stor termisk massa vilket gör att ett betonghus kan lagra värme från dagen till natten. Tillåter man en viss temperaturskillnad över dygnet kan man spara en viss mängd energi samtidigt som effektbehovet kan sänkas. Institutet har inriktat sin forskning inom detta område på olika sätt att få ut mer av betongen, inom projektet har s.k. fasförändringsmaterial undersökts liksom olika sorters ballast, bl.a. tung ballast (järnmalm) och metallfibrer. Effekten av olika typer av ballast är större än väntat.

Ett annat projekt inom bruksskedet handlar om radon och strålning. Det finns ballast som innehåller radon och strålning och frågan är hur effekterna blir då ballasten gjuts in i betong. Vi vet att halterna sjunker men i projektet söks kvantifiering. I förlängningen finns frågor kring hur mycket man måste ventilera ett hus beroende på den ballast som gjutits in i betongen.

Ytterligare projekt inom bruksskedet handlar om självläkning och fotokatalytisk titandioxid. Sprickor i betong kan repareras genom injektering men man kan även förbereda för läkning genom att gjuta in kapslar i betongen, kapslar som spricker då en spricka korsar dem och då läcker ut material som stelnar i sprickorna. Institutet har vidare drivit en serie projekt kring betong som innehåller titandioxid. Effekten är dels att betongytan rengörs, dels att luften renas genom att kväveoxider bryts ned. Institutets projekt har inriktats mot att undersöka om huruvida betongens egenskaper förändras då man blandar in titandioxid i cementet och svaret är att vid normala halter så sker ingen förändring.

Betong har lång livslängd och för att jämförelser med andra material skall bli meningsfulla krävs det att man gör gedigna livscykelanalyser (LCA). Institutet har en egen specialist på detta område och han driver flera projekt inom LCA, både egna och som delar av andra projekt. Från vilket avstånd är det t.ex. hållbart att frakta restprodukter för att använda dem i betongproduktionen? En faktor som måste beaktas i betongens livscykelanalys är det koldioxidupptag som sker vid betongens karbonatisering. Här har CBI Betonginstitutet deltagit i en serie projekt som dels undersökt vilka delar av den hårdnade cementpastan som deltar i karbonatiseringen, dels sökt kvantifiera hur mycket koldioxid som årligen återtas i våra svenska betongbyggnader. Studierna visar att det inte enbart är kalciumhydroxiden som karbonatiserar utan även kalciumsilikathydraterna men att tidsperspektivet då är längre. Den vanligaste användningen av gammal betong är som ballast i vägbankar. Om man låter den krossade betongen exponeras för luft innan den grävs ned kan man väsentligt höja karbonatiseringsgraden och därmed koldioxidupptaget. Försiktiga beräkningar ger vid handen att den svenska byggda betongmiljön årligen tar upp 300 000 ton koldioxid vilket kan jämföras med de 2 miljoner ton cement som årligen produceras i vårt land och i sin tur ger koldioxidutsläpp på ungefär 1,5 miljoner ton.

Det andra huvudområdet har sedan tidigt 1990-tal i mångt och mycket handlat om självkompakterande betong (SKB). CBI var tidigt aktiva i två EU-projekt inom området och har även lett arbetet med att ta fram svenska rekommendationer som publicerats i Svenska Betongföreningens rapportserie. De kom i sin tur att ligga till grund för ett stort antal nationella och internationella kurser som institutet arrangerade. En CBI-forskare har både avlagt licentiat- och doktorsexamen inom området SKB medan ytterligare två skrivit licentiatavhandlingar och för närvarande pågår två doktorandprojekt inom SKB, det ena mot simulering av färsk betongs rörelse, det andra mot att söka identifiera och eliminera praktiska hinder för ökad användning av SKB inom platsgjutning. Medan SKB är förstahandsval för de flesta applikationer inom förtillverkad betong är andelen SKB fortfarande låg inom platsgjutning. Huvudorsakerna är några frågor gällande variationer i den färska betongens egenskaper, gjutveck och formtryck. CBI Betonginstitutet har i en rad projekt sökt utreda förklaringar till frågorna för att sedan kunna eliminera problemen. Små förändringar i fukthalt kan t.ex. göra betongen svår att gjuta med. Ett projekt har handlat om variationsstabil eller robust betong som tål vissa variationer i delmaterialens proportioner. Här visar försöken att en del av – inte alla – tillgängliga s.k. viskositetsmedel kan ge tydliga förbättringar. Forskning om SKB och formtryck pågår på ett dussintal universitet och institut i världen och CBI har spelat en viktig roll i det internationella forskarsamarbetet. Under sommaren 2012 arrangerades en workshop på institutets gård där ett tiotal internationella experter fick pröva sina teorier och beräkningsmodeller mot varandra och mot mätningar från åtta väggjutningar. Utvärderingen har inte lyckats identifiera någon vinnare utan det finns flera modeller som fungerar tämligen väl. Det viktiga är att modellen beaktar den strukturuppbyggnad som sker i SKB under vila. Detta är mycket gynnsamt för formtrycket som vid normala gjuthastigheter därför inte når upp till hydrostatiskt tryck. Liknande resultat har också uppnåtts i institutets mätningar av en betongmur i Härnösand.

Kanske har en för stor del av forskningen om SKB ägnats åt problem och för liten åt möjligheter. Vi vet att arbetsmiljön förbättras väsentligt vid användning av SKB. Ingen behöver utsättas för vibrationer och bullret minskar kraftigt. För att bättre belysa arbetsmiljöfrågorna har institutet dragit i gång ett nytt projekt om SKB och arbetsmiljö och projektet inleds med en inventering.

Betongvägar, flygfält, industriytor, markstenbeläggningar, industrigolv och pågjutningar är ytbärverk med både likheter och skillnader. Samtliga har tidvis varit föremål för institutets forskning, betongvägar ända sedan 1940-talet. Betongvägar, flygfält, industriytor och industrigolv utformas oftast som en platta på mark och eftersom kraven på säkerhet då är måttliga får sällan konstruktionen tillräcklig omsorg vid vare sig dimensionering, materialval eller produktion. CBI Betonginstitutet har många skadefall på industrigolv men har även aktivt deltagit i utvecklingen av rekommendationer för att minska felen. Institutet har vidare utvecklat rekommendationer för betongvägar, markstensbeläggningar och pågjutningar. I ett nyligen (februari 2013) avslutat flerårigt projekt om industrigolv pekar resultaten mot att det är fördelaktigt att blanda in krympreducerande tillsatsmedel i betongen. Att krympningen minskar är självklart men institutets forskning visar att även sprickrisken minskar trots att den beror av en rad faktorer av vilka flera också kan påverkas av förekomsten av krympreducerare i betongreceptet.