Flygeaske fra flisfyringsanlegg som sementerstatning i betong

Abstract

Betong er verdens mest brukte byggemateriale, på godt og vondt. Betong er et veldig allsidig materiale som kan brukes til å lage de mest utrolige konstruksjoner, men er samtidig et veldig forurensende materiale. Det er i hovedsak produksjonen av sement som står for klimagassutslippene. Med de senere års økte fokus på menneskeskapte klimaendringer har motivasjonen til å gjøre betongen mer miljøvennlig vært stor. Et mye brukt virkemiddel for å redusere betongens CO2 fotavtrykk er bruk av flygeaske fra kullkraftverk som sementerstatning i betongen. Norge har ikke tilgang på egenprodusert flygeaske og importerer dette fra land sørover i Europa. De siste årene har det blitt bygget ut store flisfyrte fjernvarmeanlegg i stor skala i Norge. Disse anleggene produserer også flygeaske, som det er interessant å undersøke om kan benyttes som sementerstatning i betong på samme måte som flygeaske fra kullkraftverk. Derfor er det i oppgaven undersøkt om flygeaske fra flisfyringsanlegg fyrt med flis fra norske tresorter egner seg som sementerstatning i betong. Dette er testet ved å sammenligne trykkfastheten til terningprøver av betong med ulik andel sement erstattet med flygeaske fra flisfyringsanlegg. Det ble støpt betong med 0% til 50% av sementen erstattet med flygeaske med intervaller på 10%. Sementen ble erstattet av flygeaske i forholdet en til en. Resultatene fra trykkprøvingen er sammenlignet med en referansesstøp uten flygeasketilsetning. Betongresepten som er brukt er en normalbetong med et v/b-tall på 0,55. Det er gjort fasthetsprøver av betongene etter 2-, 7-, 28-, 56- og 90- dagers herding. Resultatene gir dermed et bilde over tidligfasthet, dimensjonerende fasthet og fasthetsutvikling over lang tid. Det er i tillegg utført analyser av det kjemiske innholdet i flygeaske fra flisfyringsanlegg. Oksidinnholdet i flygeasken er utregnet på bakgrunn av analysert grunnstoffinnhold i asken. De kjemiske analysene gir mengden pozzolane oksider i den benyttede flygeasken. Flygeaskens virkningsgrad sammenlignet med sement (k-faktor) er beregnet for alle tilsetningsgrader ved de ulike herdetidene. Oppgaven ser også på hvordan støpeligheten til betongen påvirkes av flygeasketilsetningen. Samtidig har det blitt gjort visuelle observasjoner av hvordan betongen oppfører ved blanding og utstøping, og hvordan tilsetting av SP-stoff påvirker støpeligheten. Resultatene fra trykktestingen viser at betongens fasthet reduseres ved økende andel tilsatt flygeaske fra flisfyringsanlegg. Dette samsvarer med resultatene fra den kjemiske analysen som viser at det er minimalt innhold av pozzolane oksider i flygeasken. Flygeasken inneholder vi riktignok alle de riktige oksidene, men andelen er for liten til at flygeasken kan defineres som et pozzolan. Beregnet k-faktor for flygeasken er negativ for alle tilsetningsgrader ved alle herdetider. K-faktoren er «minst dårlig» for de mest flygeasketilsatte prøvene ved lange herdetider. Støpeligheten ble på grunn av lavere plastisitet i massen betydelig redusert ved økende flygeasketilsetning, selv om det ble forsøkt kompensert med større mengder SP-stoff ved blanding.

Concrete is the most commonly used building material in the world. Concrete is highly versatile and is used to make the most amazing constructions. However, the production of cement is leading to vast amounts of CO2 emissions. With increased focus on climate change and anthropogenic carbon dioxide emissions, many have looked at ways of reducing the concrete’s carbon footprint. One mechanism adopted has been to use fly ash from coal-fired power plants as a cement replacement. Norway does not produce its own fly ash and has instead imported this from Southern Europe. However, in recent years, Norway has seen a large number of district heating plants been build, which also produces fly ash, yet no research has examined whether this can be used in concrete production in a similar way to fly ash from coal-fired power plants. This thesis examines whether fly ash from district heating plants, powered by wood from Norwegian forests, can be effectively used in the production of concrete. This was tested by comparing the compressive strength of samples of concrete with different quantities of cement replaced by fly ash from district heating plants. Concrete was cast with 0 to 50 % of the cement replaced by fly ash, with 10 % intervals. The cement was replaced with fly ash in a one-to-one ratio. These tests were then compared with a reference concrete without fly ash addition. The concrete used was normal cement with a v/b-number of 0.55. Tests of concrete specimens were taken on the following days: 2, 7, 28, 56 and 90. The results were able to provide valuable insight into the early strength, the design strength and the strength development over a long period of time Analysis was also conducted on the chemical contents of the fly ash from district heating plant. The oxide content in the fly ash was calculated based on the analysed elements in the ash, which revealed the amount of pozzolan oxides in the fly ash. The efficiency of the fly ash compared to normal cement (k-factor) is calculated at all the different interval times. This thesis also looks at how the concrete’s workability is affected by the fly ash, provides visual observations of the concrete’s reaction of mixing and casting and examines how the suberplasticizers affected the concrete’s workability. The results from the compressive testing revealed that the concrete reduces compressive strength with increased amounts of fly ash from the district heating plants. This coincides with results from the chemical analysts that show low levels of pozzolan oxides in the fly ash. Even viii though the fly ash contained the right oxides, but the amount was too small for the fly ash to be defined as a pozzolan. The calculated k-factor for fly ash was negative for all sample tests at all intervals. The K-factor showed the “least worst” results for the samples with the most fly ash, and over the longest time period. The workability was, due to low plasticity in the mass, reduced with increased amounts of fly ash, even though this was accounted and compensated for by larger amounts of suberplasticizers in the mixture.