”Vi har lært, at der er andre muligheder end flyveaske. Vi vil således se flere alternative bindere i fremtiden, og beton vil komme i endnu flere forskellige udgaver. Kalcineret ler bliver et globalt, vigtigt materiale for cement- og betonindustrien, men der er udfordringer med frostbestandighed, når vi kommer højt op i lerindhold,” siger Dorthe Mathiesen fra Dansk Beton.
Nye måder at sammensætte beton på samt nye typer af bindere kommer til at spille en væsentlig rolle i fremtiden. Det viser de foreløbige resultater fra det tværgående brancheprojekt ”Alternative Bindere”, som er initieret af Dansk Beton og gennemført af Teknologisk Institut. Det har til formål at undersøge samt udvikle betoner, hvor cementindholdet minimeres og erstattes af alternative bindere med henblik på at skabe beton med det lavest mulige CO2-aftryk.
Danmark har stor erfaring med at reducere klinkerindholdet i cement ved hjælp af puzzolaner såsom flyveaske og mikrosilica. Disse tilsættes enten direkte til cementen eller under betonproduktionen, og denne tilgang anses som en vigtig vej til at nedbringe CO2-aftrykket fra beton. I den sammenhæng spiller kalcineret ler en central rolle både i forhold til beton og til cement, og den er da også en vigtig komponent i FUTURECEM-teknologien fra Aalborg Portland.
EN INDSATS FRA MANGE SIDER
Cement har fortsat den største betydning for betons CO2-aftryk, og der arbejdes intenst på at nedbringe dette ved dels at udvikle nye typer af cement med lavere klinkerindhold, indføre alternative brændsler i produktionen og ved at indfange CO2 fra røggassen. Der er således gode udsigter til, at cement inden for en årrække vil blive produceret med lavt CO2-aftryk samt, at beton på sigt kan blive et CO2-neutralt materiale.
To familier af bindersystemer blev udvalgt til mørtelforsøg og senere betonforsøg. De bio-baserede systemer rummer ifølge Dansk Beton også et spændende potentiale, men det er en umoden teknologi, som man først kigger på senere.
Foto: Dansk Beton”Vi har en ambition om 70 procent CO2-reduktion i 2030 sammenholdt med 2019, men hvornår beton bliver CO2-neutral, kan vi ikke sætte dato på. Det er en proces, der vil vare en årrække, så vi er nødt til at gribe fat om udfordringerne nu og her. Klimakravene til byggeri strammes løbende frem mod 2029, og allerede i dag oplever vi, at mange bygherrer stiller større krav til deres projekter, end det er krævet i Bygningsreglementet,” siger Dorthe Mathiesen, der er chef i Dansk Beton i Dansk Industri.
TEKNOLOGISK INSTITUT ER PARTNER
Hun forklarer videre, at der på den korte bane er flere muligheder såsom optimering af betonrecepter, anvendelse af lavere styrke, hvor det er muligt, samt mere genanvendelse og genbrug. Endelig er der mulighed for at anvende alternativer til cement, og det er netop den tilgang, som projektet ”Alternative Bindere” har fokus på. Anvendelsen af alternative bindere har ligeledes været en del af forskningen i CALLISTE-projektet.
På Teknologisk Institut har man mange års erfaring med at udvikle alternative CO2-reducerede betontyper til forskellige formål, og projektet gennemføres i tre faser, hvor de to første er afsluttet. Fase et var et skrivebordsstudie af mulige og tilgængelige alternative bindere til anvendelse i dansk betonproduktion, mens fase to var en screening i laboratoriet, hvor en række bindersystemer blev testet på mørtelniveau for at få indikationer på egenskaber som bearbejdelighed og styrke.
Efter mørtelforsøgene blev der lavet forsøg med fire betonsammensætninger, der i forhold til CO2-aftryk alle placerede sig fint sammenlignet med de betontyper, vi kender i dag.
Foto: Dansk BetonPÅ VEJ MOD FULDSKALAFORSØG
”Nu er vi så i gang med fase tre, hvor vi opskalerer udvalgte bindersystemer til betonniveau, som ligeledes skal gennem indledende test i laboratoriet. Den eller de mest lovende bindersystemer skal dernæst afprøves i fuld skala ved en eller flere betonproducenter,” siger Dorthe Mathiesen videre. Det er planen, at projektet skal være afsluttet i midten af 2025, men allerede nu viser der sig en række spændende resultater.
Puzzolaner - også kendt som Supplementary Cementitious Material (SMC) - kan opdeles i to kategorier, nemlig naturlige og kunstige. Nogle kender vi, mens andre endnu er uprøvet land. Med den reviderede udgave af Betonstandarden DS 206 er det imidlertid blevet tilladt at anvende en række tilsætninger, som ikke hidtil har været tilladt, blandt andre granuleret højovnsslagge, kalcinerede lerprodukter, depotflyveaske, biokulfiller samt X-SCM.
NYE STANDARDER FOR FREMTIDEN
Nogle af disse er ikke engang på markedet endnu, og Dorthe Mathiesen glæder sig over, at det har været muligt at ændre standarden på en måde, der gør, at reguleringen bliver mere fremadskuende end tidligere. Det er der brug for, hvis ambitionerne om den grønne omstilling i byggeriet skal understøttes fuldt ud. Med projektet ”Alternative Bindere” har Dansk Beton derfor også benyttet muligheden for at kigge dybt i krystalkuglen.
Her ses et skema over styrkeudviklingen for de fire betonsammensætninger, der blev testet. Som det ses nåede den alkali-aktiverede beton uden cement sin styrke på blot et døgn. De øvrige nåede designmålet efter 28 dage, hvorefter en vis styrkeudvikling fortsatte.
Foto: Dansk BetonMan ønsker at udvælge to til tre af de mest lovende bindersystemer, der giver en markant CO2-reduktion, kan anvendes til flere forskellige betonprodukter, er skalerbare og som minimum kan anvendes til 10 procent af al beton i Danmark samt giver tilstrækkelig gode tekniske egenskaber. Tre familier af bindersystemer blev udvalgt til litteraturstudium, nemlig systemer med høj klinkererstatning, alkali-aktiverede systemer uden cement (geopolymerer) og bio-baserede systemer.
FIRE BETONTYPER I TESTBÆNKEN
De bio-baserede systemer er endnu umodne, og derfor gik kun de to førstnævnte bindersystemer videre til mørtelforsøg og senere betonforsøg (se Figur 1). I systemer med høj klinkererstatning har der været fokus på at arbejde med erstatninger af cementen på 60 procent eller mere, mens der i alkali-aktiverede systemer arbejdes med andre bindere, end dem, vi typisk har erfaring med. Det er dog planen senere at kigge nærmere på de biobaserede systemer.
Efter mørtelforsøgene blev der lavet forsøg med fire betonsammensætninger, tre med cement og en uden, nemlig en C35 og en C25 med 40 procent Rapid cement, 30 procent Moler, samt 30 procent kalkfiller, en C25 med 40 procent Rapid cement, 30 procent Metakaolin, et kalcineret lerprodukt, samt 30 procent kalkfiller og endelig en C20 med 82 procent Metakaolin, 12 procent vandglas og 6 procent kaustisk soda.
Som det ses af dette skema faldt den alkali-aktivererede beton fuldstændig igennem i forhold til sætmål. Det samme gjaldt såvel modstand overfor kloridindtrængning som frostbestandighed. Det skal derfor vurderes, om den anvendte testmetode er anvendelig på denne type beton.
Foto: Dansk BetonARBEJDET ER LANGT FRA SLUT
”Samlet set placerede de fire betonsammensætninger sig fint, når det gælder CO2-aftrykket, sammenlignet med de betontyper, vi kender i dag (se Figur 2), men grundlæggende kan man ligeledes sige, at styrkeudviklingen er fin. Den alkali-aktiverede beton uden cement nåede sin styrke på blot et døgn, hvorefter der ikke rigtig skete mere, mens de øvrige fint havde nået deres styrke efter 28 dage, hvorefter der fortsat skete en vis styrkeudvikling,” forklarer Dorthe Mathiesen (se Figur 3).
Når det gælder sætmålet faldt den alkali-aktivererede beton fuldstændig igennem (se Figur 4), og det samme gjaldt såvel modstand overfor kloridindtrængning som frostbestandighed. Nu skal tvivlen som bekendt komme den mistænkte til gode, så derfor vurderer man nu, om de anvendte testmetoder rent faktisk er anvendelige på denne type beton. C35 betonen med Rapid cement, Moler og kalk klarede både test for kloridindtrængning, men faldt igennem på frostbestandighed.
