EXAMENSARBETE INOM BYGGTEKNIK OCH DESIGN GRUNDNIVÅ 15 HP Stockholm, Sverige 2020
Miljöförbättrad betong jämförs med
vanlig betong med avseende på
beräknad miljöpåverkan
Environmentally improved concrete is compared
with ordinary concrete with respect to estimated
environmental impact
Fatin Alzuhairi
Abdulfatah Fatah
Sammanfattning
Svenska byggnader står till svars för en stor del av Sveriges utsläpp av växthusgaser, därför har byggbranschen inom ramen för betonginitiativet tagit fram Färdplan för Klimatneutral betong. Klimatneutralmålen innebär att Sverige ska uppnå nettonollutsläpp av koldioxid i atmosfär år 2045. För att kunna nå de nationella miljömålen är det viktigt att sänka klimatpåverkan från betongkonstruktion. Idag befinner sig betongbranschen inför stor utmaning att minimera konsumtion av betong, samtidigt som behovet av nybebyggelse ökar till följd av att jordbefolkningen ökar.
Betonglivscykelanalys visar att 90 procent av koldioxidutsläpp kommer från tillverkningsprocess av cementklinker som ingår i bindemedlet cement. Av denna anledning har betongbranschen undersökt och utvecklat olika alternativ som bidrar till minskning av miljöpåverkan orsakad av betong genom att reducera koldioxidutsläpp.
Syftet med detta examensarbete är att utvärdera miljöpåverkan från olika betongssorter samt att undersöka två faktorer som bidrar till minskning av koldioxidutsläpp i atmosfären. De faktorer som ska undersökas är val av optimerat betongsrecept och alternativa bindemedel. Det optimerade betongrecept sker genom minskning av andel av cement och val av betongsammansättning där cement ersätts med alternativa bindemedel.
En undersökningsstudie utfördes för att analysera miljöpåverkan av olika betongssorter med olika cementsmängd, vattencementtal och exponeringsklass. Dessutom utfördes en jämförelsestudie mellan vanlig betong och klimatförbättrad betong för att analysera klimatpåverkan av klimatförbättrad betong med olika förbättringssteg jämfört med vanlig betong. För att genomföra denna studie har olika betongsmängder, hållfasthetsklass och vattencementtal undersökas. Betonginformation hämtas från ett referensprojekt erhållna av Specialfastigheter för att sedan ersättas med klimatförbättrad betong i olika förbättringssteg. Resultaten visar att betong med lägre cementmängd och högre vattencementtal ger uppmärksammade minskning av byggnadens klimatpåverkan. Genom att minska cementmängden i betongen sänks andelen av cementklinker som ingår i bindemedlet cement, vilket i sin minskar klimatpåverkan. Dessutom visar även jämförelsestudien att byggnadens klimatpåverkan kan minskas mellan 10, 25 och 52 procent genom användning av klimatförbättrad betog. Detta beror på att klimatförbättrad betong ersätter en del av cement med alternativa bindemedel.
Slutsatsen är att denna studie ger större möjlighet för byggbranschen att få ytterligare kunskap samt bättre förståelse om hur miljöpåverkning kan minskas genom att välja rätt betongtyp. Att välja betong med lägre hållfasthet, högre vattencementtal och högre andel av alternativa bindemedel bidrar till lägre klimatpåverkan från betong.
Abstract
Swedish buildings account for a large part of Sweden's greenhouse gas emissions, which is why the construction industry within the framework of the concrete initiative has produced a Roadmap for Climate Neutral Concrete. The climate neutral targets meant that Sweden will have net carbon emissions of carbon dioxide in the atmosphere by 2045. In order to achieve the national environmental goals, it is important to reduce the climate impact from concrete construction. Today, the concrete industry is facing a major challenge in minimizing the consumption of concrete, while at the same time the need for new buildings is increasing as a result of the increase in land populations.
Concrete lifecycle analysis shows that 90 percent of carbon dioxide emissions come from the manufacturing process of cement clinker that is included in the cement binder. For this reason, the concrete industry has researched and developed various alternatives that contribute to reducing the environmental impact caused by concrete by reducing carbon dioxide emissions.
The purpose of this thesis is to evaluate the environmental impact of different types of concrete and to investigate two factors that contribute to reducing carbon dioxide emissions in the atmosphere. The factors being investigated are choice of optimized concrete recipe by reducing proportion of cement and choice of concrete composition by replacing cement with alternative binders.
A survey study was conducted to analyze the environmental impact of different types of concrete with different amounts of cement, water percentage and exposure class. In addition, a comparison study between ordinary concrete and climate-enhanced concrete was performed to analyze the climate impact of climate-enhanced concrete with different improvement steps compared to ordinary concrete. To carry out this study, a study of ordinary concrete has been carried out with documents (concrete quantity, strength class and water cement figures) from a reference project obtained by Specialfastigheter, and then replaced with climate-enhanced concrete in various improvement steps.
The results show that concrete with lower cement volume and higher water cement numbers give a marked reduction in the building's climate impact. By reducing the amount of cement in the concrete, the proportion of cement clinkers included in the cement binder is lowered, which in turn reduces the climate impact. In addition, a comparison study also shows that the building's climate impact can be reduced between 10, 25 and 52 percent through the use of climate-enhanced charm. This is because climate-enhanced concrete is being replaced by some cement with alternative binders.
The conclusion is that this study provides greater opportunity for the construction industry to gain additional knowledge and a better understanding of how environmental impact can be reduced by choosing the right type of concrete. Choosing concrete with lower strength, higher water cement ratio and higher proportion of alternative binders contributes to lower climate impact from concrete.
Förord
Detta examensarbete har skrivits under vårtermin 2020 för byggvetenskap på Kungliga Tekniska Högskola. Denna uppsats omfattar 15 högskolepoäng och utgör det avslutande momentet i högskoleingenjörsprogrammet Byggteknik och Design inom inriktning husbyggnad, projektering och konstruktion.
Vi vill tacka vår examinator Åsa Laurell Lyne, Annika Gram och handledare Peter Eklund på KTH för det stora stöd och orientering under detta arbete.
Vi vill även tacka vår handledare Kajsa Marsk Rives på Specialfastigheter AB som försett oss med nödvändig information, samt de som deltagit i intervjustudie och svarat på våra frågor och funderingar.
Stockholm, June 2020
Abdulfatah Fatah, Fatin Alzuhairi.
Innehållsförteckning
Sammanfattning ... III Abstract ... IV Förord ... V 1 Introduktion ... 1 1.1 Bakgrund ... 11.2 Syfte och frågeställning ... 2
1.3 Avgränsningar ... 2
2 Teoretisk referensram och litteraturstudie ... 4
2.1 Miljö och hållbarhet ... 4
2.1.1 Svenska klimatmålen och hållbar byggande ... 4
2.1.2 Livscykelanalys ... 5 2.1.3 Miljövarudeklaration (EPD) ... 6 2.2 Betong ... 7 2.2.1 Allmänt om betong ... 7 2.2.2 Materialfakta ... 8 2.2.3 Tillverkningsprocess av cement ... 8
2.2.4 Cementtyper och klasser ... 10
2.2.5 Cement och koldioxidutsläpp ... 11
2.3 Möjligheter och utmaningar för att minska Klimatpåverkan från betong ... 11
2.4 Klimatförbättrad betong och alternativa bindemedel ... 12
2.4.1 Klimatförbättrad betong ... 12
2.4.2 Alternativa bindemedel ... 13
2.5 Litteraturstudie ... 15
3 Metod ... 16
3.1 Materialundersökning studie ... 16
3.1.1 Undersökning av olika Betongskvalitet ... 16
3.1.2 Undersökning av alternativa tillsatsmaterial ... 20
3.2 Jämförelsestudie ... 21
3.2.1 Referensprojekt insamlade data ... 21
3.2.2 Klimatförbättrade betong ... 21
3.2.3 Miljöpåverkan ... 22
3.3 Intervjustudie ... 22
4 Resultat ... 23
4.1 Resultat av materials undersökningsstudie ... 23
4.1.1 Vattencementtal och koldioxidutsläpp ... 24
4.1.2 Cementmängden och koldioxidutsläpp ... 24
4.1.3 Mängd alternativa tillsättsmaterial och koldioxidutsläpp ... 25
4.2 Resultat av Jämförelsestudie ... 26
4.2.1 Miljöpåverkan ... 26
5 Diskussion och slutsatser ... 30 5.1 Diskussion ... 30 5.2 Slutsatser ... 32 5.3 Fortsatta studier... 33 Referenser ... 34 Bilagor ... 35 EPD:er lista ... 35 Företags intervjuerna ... 35
1 Introduktion
Jordens befolkning förväntas öka från 7,6 miljarder till nästan 10 miljarder år 2050. Denna ökning medför ett ökat behov av ny bebyggelse och infrastruktur, samtidigt som världen står inför hållbarhetsutmaningar. En hållbarhetsutmaning som världen står inför är att hålla ner den globala uppvärmningen till maximalt 2 grader Celsius. Enligt agenda 2030 och FN:s hållbarhetsmål ska samtliga hållbarhetsutmaningarna behandlas och hanteras. I Sverige pågår ett arbete med klimatutmaningen för att uppnå 2045-målen om noll nettoutsläpp av koldioxid. För att nå klimatneutralitetmålet krävs det, bland annat att bygga resurseffektivt och långsiktigt, återvinna och återanvända byggmaterial och att styra om till hållbara tillverkningsprocesser av byggmaterial (cementa, 2018).
Betong är ett beständigt byggmaterial som behövs för att möta det nödvändiga framtidbehovet av bostäder och infrastruktur. Produktionen av cement som är den viktigaste delen i betong har ökat dramatiskt för att möta efterfrågan. Cementindustrin genererar cirka 3–4 procent av koldioxidutsläppen över hela världen, enligt Svenska Betong. Av denna anledning letar betongbranschen runt om i världen efter alternativa lösningar för att minska koldioxidutsläpp från betong och cement. Ett alternativt sätt att förbättra betongens koldioxidutsläpp är att göra det med mindre cementklinker. Att ersätta cementklinker med alternativa bindemedel är ett annat alternativ lösning.
1.1 Bakgrund
Betong är ett gammalt byggnadsmaterial som användes av Romarna i den kända historiska byggnaden Pantheon för nästan 2000 år sedan. Betong är ett nödvändigt material som ingår i många byggnader i vårt moderna samhälle. Betong ingår i konstruktion av hus, vägar och broar som ger stadighet och hållbarhet mot klimatpåverkan. Det finns många anledningar till att betonganvändning har övervunnit andra material genom tiderna. Några fördelar med betonganvändning utöver hållbarhet har varit att materialet inte ruttnar eller möglar, det är kostnadseffektivt, det brinner inte och det klassa som det bästa stommaterial för att bygg skyskrapa (Thomas betong, 2018).
Nackdelen med betong är att den innehåller stora mängder vatten från cementtillverkningen vilket bidrar till stora koldioxidutsläpp. Cementen står för nästan 3–4 procent av klimatpåverkan orsakad av betongtillverkning och användning som utgör ett stort problem i dagens samhälle (Svensk betong, u.å).
Med teknikutveckling inom byggmaterial kommer förhoppningsvis betong bli ett klimatneutralt byggmaterial i framtiden. Förhoppningsvis kommer den miljövänliga betongen tillsammans med andra miljövänliga byggmaterial samverka i konstruktionen och ge positiv effekt på miljö, exempel på sådant material kan vara armering i betong.
Då arbetet utförs i samarbete med företaget Specialfastighet används information om betong som företaget använder i dag för att jämföra och komma fram till förbättringsförslag vad gäller materialval utifrån miljöperspektiv.
1.2 Syfte och frågeställning
Syftet med detta examensarbete är att undersöka två faktorer som har stora möjligheter att bidra till minskning av koldioxidutsläpp i atmosfär. Den första faktorn innebär att minska andel cement genom optimerat betongsrecept. Den andra faktorn genom att ersätta cement med alternativa bindemedel. Resultatet av denna undersökning ger större möjlighet för byggbranschen att få ytterligare kunskap samt bättre förståelse för hur miljöpåverkan kan minskas genom att välja rätt betongtyp.
För att genomföra denna studie har två olika metoder utförts. Den första metoden utförts genom att undersöka olika miljövarudeklaration EPD: er för att bedöma hur olika betongsrecept kan ge upphov till olika nivå av koldioxidutsläpp. Den andra metoden utförts genom att utföra en jämförelsestudie mellan klimatförbättrad betong med vanlig betong, utifrån miljö -och kvalitetsperspektiv.
Frågeställningarna som ska undersökas är följande:
Hur olika betongsamansättning påverkas klimatet i form av koldioxidutsläpp?
Hur stor är minskningen av det koldioxidutsläpp som sker från den klimatförbättrade betongen i jämförelse med vanlig betong under samma förutsättningar (hållfasthet, vattencementtall och beständighet)?
Finns det någon skillnad mellan klimatförbättrad betong och standardbetong när det gäller kvalitet och beständighet?
1.3 Avgränsningar
Detta examensarbete avgränsas till att endast undersöka två faktorer som bidrar till minskning av koldioxidutsläpp, en faktor genom att använda optimerat betongrecept, och en annan genom att använda alternativa bindemedel.
Betongens klimatpåverkan beror på betongsamansättning och på marknaden finns det en mängd olika betongsorter och recept beroende på specifika förutsättningar för varje projekt. Denna rapport inbegriper inte något speciellt betongrecept, utan studien bygger på jämförelse av betong som används i husbyggnation i Sverige idag.
Val av förbättringssteg för klimatförbättrad betong styrs av olika parametrar, exempelvis exponeringsklass och uttorkningstid. I denna jämförelsestudie begränsas val av förbättringssteg till hållfasthet och vattencementtalet.
Detta examensarbete beaktar endast klimatpåverkan från produktionsskyddets, dvs. modul (A1 – A3) i livscykelanalys. Klimatpåverkan har beräknats enligt GWP-värdet som hämtas från olika EPD: er för denna studie.
I modul (A1 – A3) ingår följande skeden: A1: råvaruförsörjning.
A2: transport. A3: tillverkning.
2 Teoretisk referensram och litteraturstudie
I detta kapital presenteras teoretisk bakgrund om miljö och hållbarhet, betong, och klimatförbättrad betong.
2.1 Miljö och hållbarhet
2.1.1 Svenska klimatmålen och hållbar byggande
Enligt FN:s klimatpanel IPCC är det människans påverkan som ligger bakom den snabba klimatförändring som sker. Där medeltemperatur har ökat med en grad. I klimatförändring ingår temperaturökning av luften, världshaven och världens isar. Några exempel på temperaturökningens påverkan är havsförsurning som beror på ökat utsläpp av koldioxid i atmosfären, vilket i sin tur leder till en sänkning av pH-värde och surare havsvatten. Världshavens temperatur ökar, särskilt i den övre vattenlagen ner till 700 m djup och Arktis havsis som smälter av snabbt med en utbredningsminskning på ca 13 procent per årtionde. Klimatpanel IPCC har även verifierat att ökningen av koncentration av växthusgas med 40 procent är en konsekvens av användning av fossila bränslen och förändring i markanvändning (Wärmark, 2019).
Förutom klimatförändring kan utsläppen av växthusgaser, långlivade freoner och andra klor- eller bromhaltiga ämnen orsaka förtunning av ozonskiktets tjocklek. Ozonskiktet uppstår när en del av luftens syra omvandlas till ozon med hjälp av solljuset. Fördelen med detta skikt är att den absorberar ultraviolett ljus från solen som skulle orsaka stora risker för skador på miljö, växt och människors hälsa. Undersökningar visar att UV-B strålning kan orsaka ögonskador för både människor och djur, hudcancer samt försvagat immunförsvar (Klintwall, 2019).
Sveriges långsiktiga klimatmål är att nettoutsläppen av koldioxid ska vara noll år 2045, vilket innebär minskning på 85 procent jämfört med 1990 som referens år. Sverige nådde en minskning på 26 procent år 2017 och det förväntas en minskning på 30 procent år 2030 jämfört med hur det var1990. Ur en livscykelanalys ansvarar svenska byggnader för femtedelen av Sveriges utsläpp av växthusgaser och därför har byggbranschen inom ramen för regeringsinitiativ tagit fram en gemensam färdplan för att nå fossilfritt Sverige år 2045. Denna klimatpåverkan från bygg- och fastighetsbranschen kommer från material, energi och uppvärmning, transport och avfall, Vilket betyder att alla aktörer inom bygg- och fastighet är inblandade i arbetet om att bidra till en minskning av utsläppen (Wärmark, 2019).
Boverket har i sin instruktion nämnt att den ska verka och förslå åtgärder för att miljömålen ska nås. Av den anledning har Boverket lämnat ett förslag till lag - och förordning om att utföra klimatdeklaration av byggnader. Förslaget omfattar ett krav på att byggherre ska upprätta och lämna in klimatdeklaration vid uppförande av nya byggnader. Syftet med att införa detta krav är att minska klimatpåverkan ur ett livscykelperspektiv, öka medvetenheten om klimatpåverkan vid byggande. Att även skapa en omfattande dialog samordning mellan olika aktörer leder till ökat beaktande av klimatpåverkan vid byggande. I framtiden kommer en utveckling av klimatdeklaration i långsiktig plan att ställa ytterligare Minimikrav utifrån livscykelperspektiv (Boverket, 2020).
2.1.2 Livscykelanalys
För att kunna bedöma miljöpåverkan för en produkt under en hel livslängd, dvs. från att naturresurs utvinns tills produkt återvinns, används livscykelanalysmetoden. Idag används Livscykelanalys (LCA) av projektörer, byggnadsentreprenörer och de som funderar på att beställa en LCA för en byggnad.
LCA resulterar vilken miljöpåverkan en produkt har, exempelvis klimatpåverkan, marknära ozon, övergödning, försurning och förtunning av ozonet. För byggnads miljöpåverkan begränsas LCA till bara klimatpåverkan av växthusgaser (GWP-global warming potential). LCA används för att få uppfattning om hur stor klimatpåverkan varje skede, byggprodukt och del av byggnad kan bidra till. I byggprocessens olika faser (förstudie, programskede, projektering och produktion) kan en LCA användas vid uppförande av byggnader och vid ombyggnad. LCA:n kan även används för att ta reda på vilken fas det störst klimatpåverkan under byggandes livscykel så att rätt åtgärd utföras för att minska klimatpåverkan (Boverket, 2019).
En byggnads livscykelanalys börjar med en samling av naturresurserna och utvinning av råvaror. Sedan sammanställas och omvandlas detta till byggprodukter som sätts samman till en färdigbyggnad. Därefter behövs även underhåll och energiförsörjning vid användning av byggnaden. Slutligen rivs byggnaden och material återvinnas eller återanvändas (Boverket, 2019).
Figur 1: Byggnaders livscykel (Boverket, u.d.).
LCA för byggnader består av fyra olika skeden och moduler för att tydligt uppdela LCA-resultat enligt den europeiska standarden” EN 15978 hållbarhet för byggnadsverk”. A1-A3 Produktsskedet
A4-A5Byggproduktionsskedet B1-B7 Användningsskedet C1_C4 Slutskedet
Figur 2: Byggnaders olika skeden under livscykel (Boverket, u.d.).
2.1.3 Miljövarudeklaration (EPD)
En EPD är ett komprimerat format av livscykelanalys där finns informationen om miljöpåverkan av en byggprodukt under hela dess livscykel. Den består av produktdatablad, metodval och resultat från bedömningen av miljöpåverkan. EPD:n som tas fram av en tillverkare ska granskas och godkännas av en oberoende tredje parts verifiering för att säkerställa informationen.
För att ta fram en EPD använder tillverkare en PCR som underlag. En PCR är produktspecifika regler (kriterier) och innehåller bland annat innehåller detaljerade riktlinjer om avgränsning och dataunderlag som hjälper att en EPD blir jämförbar
En EPD för byggprodukt är en miljödeklaration som beskriver en produkts miljöpåverkan i kvantitativt (med siffror och data). En EPD är framtagen enligt standarderna i ISO 14040 eller europeiska standarden EN 15803 och täcker modul A1-A3 i livscykelanalys (produktionsfasen), dvs. råvaruförsörjning, transport till produktionsanläggning och tillverkning. I en EPD redovisar 7 olika miljöpåverkansfaktor bland annat klimatpåverkan (i form av utsläpp av co2-ekvivalenter), där beskrivs även i text de delmaterial som ingår i en produkt.
En EPD kan användas för att jämföra produkter ur ett klimatpåverkanperspektiv, samla in data för beräkning av miljöpåverkan och verifiera på krav i miljöcertifieringssystem. Detta leder i sin tur till ökade kunskaper om byggprodukters utsläpp av koldioxid i atmosfären (Svensk Betongs EPD’er, 2018).
2.2 Betong
2.2.1 Allmänt om betong
Betong är ett antikt material uppfunnet för 500 år f.Kr. och räknas som dagens mest användbara material. Det finns fortfarande mycket av den antika betongen kvar. Anledningen till att den används tills idag är för att den ger konstruktionen hållbarhet, formbarhet och beständighet, den tål vind och kraftigt väder, varken brinner eller möglar. Dessutom används betong i alla typer såsom broar, vägar och tunnlar osv. Skillnaden från andra material som trä, stål, tegel etcetera är att betong kan levereras till byggarbetsplatsen som råmaterial och där i hög grad kan utformas produkten till olika former och kvaliteter utifrån det bygget behöver. Betong består till största delen av berg (sand, sten eller grus), cement och vatten. Det finns även andra tillsatsmedel som slagg, flygaska eller andra restprodukter från industrier (se figur 4).
Figur 4: Betong tillsatser i procent (Betongforeningen, u.d.).
Dessutom har betong en lång livslängd, vilket gör materialet miljövänligt på grund av det. Betong behåller sina egenskaper utan ett större krav på underhåll. En armerad betong gör att draghållfasthet hos betong blir bättre med stålarmering blir betong mest av alla konstruktionsmaterial användbar (Betongforeningen, u.d.).
2.2.2 Materialfakta
Betong har använts i konstruktionen av världens största och mest kända byggnader. Under betongtillverkningen uttorkas vatten som finns i betongblandningen under bestämda former så att den inte skadar andra material i byggnaden när de kommer i kontakt. Däremot kan den ny gjutna betongen på arbetsplats fånga omgivningsfukt eller regn under gjutningen. God ljudkomfort & dämpar buller och stegljud Det finns olika omständigheter som kan påverka uttorkningstider exempelvis betongens tjocklek, cementtyp, metoder för efterbehandling och torrt klimat. Betongen själv kan inte ta skada – varken av byggfukt eller av fukt från läckage under brukstiden. Den behåller sina egenskaper (enligt figur 5) och behöver inte bytas ut oavsett hur mycket fukt den utsatts för (Svenskbetong, u.d.). Betong har begränsningar utöver miljöpåverkan. Betong har låg drag- och skjuvhållfasthet, Den kan vara ca 1/10 av tryckhållfastheten. Lösningen till problemet kan vara genom armering kan kompensera för att stål har bra draghållfasthet (Svenskbetong, u.d.).
Figur 5: Betongens egenskaper (Betongarhållbart, u.d.).
2.2.3 Tillverkningsprocess av cement
Cementtillverkning orsakar mycket koldioxidutsläpp som idag utgör cirka. 3–4 procent av världens totala utsläpp. Mest utsläpp kommer från kalcineringsprocessen men även från förbränning av bränsle, kraftkälla som krävs (Svenskbetong, u.d.).
Cement tillverkas på två olika sätt genom våt-metoden eller torrmetoden. I den våta metoden tillsätts vatten till blandningsprocessen av råmaterialet innan förbränning och det fås ett tjockt slam som matas in i brännugnen. Detta är mer energikrävande än den torra metoden som kräver mindre energi än den och tillverkas på följande sätt.
Kalksten är cementets huvudingrediens och bryts och krossas i dagbrott eller gruvor till små bitar som sedan lagras och transporteras till råvaran. Krossad kalksten mals till råmjöl som blandas med kisel, aluminium och järn. Därefter torkas blandningen av råmjölet i ugnen för att senare lagras i stora silor. Råmjölet bränns därefter. Bränningsprocessen består av två delar. Den första delen kallas kalcinering som görs i en värmeväxlare cyklontorn. Under kalcineringen bildas kalciumoxid och koldioxid vilket gör att under kalcineringen uppstår ungefär två tredjedelar av koldioxid utsläpp. Resterande tredjedel uppstår från bränsle och används för ugnar under cementtillverkningen. Det finns pågående projekt och företag som testar möjligheterna att ersätta bränsle som behövs för ungarnas uppvärmning under cementtillverkning för att minska utsläpp. Den andra delen av bränningsprocessen kallas sintring där uppvärms råmjölet till 1450 Celsius i en roterande stålrörsugn. Under sintring bildas små kulor där mjölets partiklar reagerar på tillsatserna. Dessa små kulor kallas klinker som snabbt efter tillverkningen kyls till 100 Celsius och transporteras till en lagersilo. I sista steget av cementtillverkningens produktionsserie mals klinkern till cement med blandning av 3–5 procent gips i en cementkvarn. Anledningen till gipstillsättning är att hindra snabb härdningen av betongen (Cementa, u.d.).
2.2.4 Cementtyper och klasser
Cement är den nyckel till ett hållbart samhällsbyggande. Portlandcement som kallas cement är hydrauliskt bindemedel, dvs. ett finmalet oorganiskt material som vid blandning med vatten bildar en pasta som binder och hårdnar tack vare hydratisering. Beståndsdelar som ingår cementens råmaterial är följande:
Kalksten Kiseljärn
Gluminiumhaltiga (lera & sand) Gips
Efter gjutning kan Portlandcement användas till olika konstruktioner såsom golv, väggar, balkong och trappor (Fagerlund).
Cement klassas efter egenskaper och kapacitet. Klasserna indelas i standard (Std), snabbt hårdnande (SH) och långsamt härdande (LH). Den vanligaste typen är Std portlandcement som har egenskaper passande till flesta användningar. Vid behov av cement med snabb formgivning egenskap väljs SH portlandcement. Långsamt härdande (LH) används när man önskar långsammare härdning. Däremot är hållfastheten varierande enligt figuren nedan.
Figur 7: Hållfasthetsutveckling hos olika cementsorter (Burström, Byggnadsmaterial, 2006).
Den vanligaste cementen på den svenska marknaden sedan länge är SS-EN 197–1 som är en av klassen Std - cement och indelas i olika typer:
CEM 1 är en ren portlandcement.
CEM 2 Portland-kompositcement innehåller minst 65 procent portlandklinker. Dessutom kan den ingå i granulerad masugnsslagg, silika stoft, flygaska, kalksten eller blandningar av dessa tillsatsmaterial
CEM 3 innehåller minst 20 procent och som mest 65procent portlandcement och resterande är masugnsslagg. (Burström, Byggnadsmaterial, 2006)
2.2.5 Cement och koldioxidutsläpp
Det är viktigt att minska utsläppen eller emissioner som lämnas av cementindustrier ut i luften för att ha en hälsosam miljö i framtiden. 3–4 procent av koldioxidutsläpp kommer ut i atmosfär och förstör vår miljö är från cementindustrier. I Sverige har koldioxidutsläpp inom cementtillverkning minskat per producerat toncement från 809 till 709 kg mellan åren 1990 och 2013 d.v.s. en minskning med 12 %. Dock arbetsmiljöverket kräver fortfarande en minskning av koldioxidutsläpp. Därför finns planer för att uppnå klimatneutralitet vision 2030–2045. En vision som ger noll CO2 utsläpp under cementtillverkning (Svenskbetong, u.d.).
Cementtillverkningsprocessen är komplicerad och utgör en stor källa till koldioxidutsläpp. Huvudkälla till koldioxidutsläpp under denna process är kalcineringen och användningen av fossila bränslen. Det uppkommer utsläpp av koldioxid som motsvarar 0,44 kg för att producera1 kg kalksten. Därmed åtgår 1,2 ton kalksten för att producera ett ton cementkliniker. Koldioxidutsläpp via
kalcineringsprocessen under
cementtillverkning är oundviklig och uppskattas till cirka 520 kg med tillsatsmaterial och 490 kg utan tillsatsmaterial vid bränning av ett ton cementklinker. Bränslen behövs för ugnarsuppvärmning till väldigt höga temperaturer för att upprätthålla kemiska reaktionerna (samma källa som videon) +artikeln). För närvarande användning av fossila bränsle orsakar koldioxidproduktion som motsvara ungefär 860 kg/ett ton svensk portlandklinker respektive 740 kg/ton svenskcement. Angivna procent är ungefärliga på grund av faktorer som påverkar utsläppet. De faktorerna är typ av vald klinker, förbrännprocessen och tillsatsmaterialmängden (Fagerlund).
2.3 Möjligheter och utmaningar för att minska Klimatpåverkan från betong
Det finns många olika lösningar för att minska miljöpåverkan orsakad av betong genom att reducera koldioxidutsläppen. Europa har under längre period undersökt olika alternativ och möjligheter för energieffektivisering av klinkerproduktionen.
Det finns några huvudstrategier som ständigt utforskas och optimeras för att uppnå målet som beskrivs här nedan:
1. Klinkerproduktion effektivisering
Sänkning av klinkerhalt i cement som är för närvarande 73% i Europa. Förbättringen är genom att kombinera cement med aluminiumrika material som exempelvis kalcinerad lera
eller flygaska. Nackdelen med minskad klinkerhalt är att hållfastheten minskas. Lösning till detta problem är exempelvis med malning optimering.
2. Användning av biomassa som alternativ till bränsle
Fossila bränslen är ett viktigt mål för att hitta alternativa lösningar till för att minska koldioxidutsläppen. Många cementproducenter försöker att ersätta fossila bränslena med andra avfallsbaserade bränslen som bibehåller biomassa. Där nettoutsläpp av biomassa förbränningen förväntas vara nära 0. Biomassa kan vara hushålls eller industriavfall så som: •Bildäck
•Plast •Papper
• Energiåtervinning av avfall
3. Användning av återvunnet finmaterial
Energiåtervinning är ett bra alternativ ur miljösynpunkt eftersom det minskas deponerade avfallsmängder utöver koldioxidutsläppminskning. Det finns två olika sätt att återanvända finmaterialet antigen genom återföring i ugnen vid klinkerproduktion eller direkt vid betongproduktion. Det krävs stor noggrannhet när man väl sorterar, för att dessa återvinningar ska lyckas behöver finmaterialet vara fritt från blandning av tegel och gips.
4. Koldioxid dalgering CCS.
En annan lösning för koldioxidutsläpp är en process som kallas CCS ”Carbon Capture and Storage”. Den processen fungerar genom att fånga in CO2 från cementtillverkning och lagra den djupt ner i marken för att koldioxiden sedan omvandlas till fast form (Swerock, 2019).
2.4 Klimatförbättrad betong och alternativa bindemedel
2.4.1 Klimatförbättrad betong
I Sverige arbetar betongbranschen med att sänka betongens klimatpåverkan inom framför allt cementtillverkningen. Utvecklingen fortsätter genom att använda och utveckla nya alternativa bindemedel. Vanliga alternativa bindemedel är flygaska och slagg. Eftersom betong med stora mängd av alternativa bindemedel kan påverka vissa egenskaper, till exempel gjutning, uttorkningstid och frostbeständighet, finns det begränsningar i regelverken som styr den maximala tillåtna mängder som får ersätta cementklinkern (Swerock, 2019).
Hur mycket den maximala tillåtna doseringen av alternativa bindemedel (slagg, flygaska, kisel) som kan tillsättas begränsas med hänsyn till hållfastheten, beständigheten och exponeringsklass. Exponeringsklass och klinkhalten i cement är avgörande till de tillåtna mängderna av bindemedel och hur mycket man får använda redovisas i SS-13 700 (tabell
räknas genom att multiplicera cementmängden med den tillåtna procenten för respektive betongtyp och exponeringsklass.
exponeringsklass
av CEM I+
GGBS av CEM I av CEM II+ GGBS av CEM II
X0 70% 233% 63% 167% XC 1–2, XS 1–2, XD 1–2, XA1 65% 186% 56% 129% XC 3–4, XS 3, XD 3, XF1-3, XA2 35% 54% 19% 23% XF 4 20% 25% / /
Tabell: 1 redovisas hur mycket bindemedel ersätta cement delen (Teknisk information Slagg Bremen_Thomas Cement_180129, 2018).
Betongen som innehåller alternativa bindemedel räknar man inte vattencementtalet utan Ekvivalenta vattencementtalet (vctekv) i stället enligt formeln:
vctekv = V (C+ K*alternativa tillsatsmaterial)
Där K är effektivitetsfaktor som används för att räkna den tillåtna effektiva tillgodoräkna tillsatsmaterial till vctekv med hänsyn till betongens hållfasthet och beständighet.
De maximala tillåtna alternativa bindemedel som tillgodoräknar till vctekv begränsas till (100% *1,05 av klinkerhalt). I cementen CEM II/A (bygg, bas, komposit) är innehållet av klinker 80 % av den totala cement halten i ett betongrecept. Detta innebär att det effektiva alternativa bindemedel som tillgodoräknas till vctekv är 100* 1,05* 80 =84% av cementmängden (Teknisk information Slagg Bremen_Thomas Cement_180129, 2018).
2.4.2 Alternativa bindemedel
2.4.2.1 Slagg GGBS
Slagg GGBS är en restprodukt som erhålls under tillverkningen av järn i masugnen. Masugnar förses med materialblandningar av järnmalm, koks och kalksten vid 2000c. Järnet malmen reduceras till järn och sjunker till botten av ugnen och det resterande materialet som flyter ovanpå är slaggen som snabbts släcks i stora volymer vatten. Under denna process för avkylning optimerar de cementbaserade egenskaperna och producerar granuler som liknar grova sandpartiklar. Därefter torkas granulerade slaggen och maldes till ett fint pulver som kallas GGBS. GGBS är ekonomiskt tillgängligt i stora mängder, vilket gör den lämplig att användas i färdigblandad betong och vid tillverkning av prefabricerade produkter.
Enligt Sciencedirect har en studie utförts för olika mängder av GGBS prövas (40%, 60% och 80%). Det visade sig att tillsats av någon mängd minskar tryckhållfastheten omedelbart efter härdning. Emellertid visade de 40% och 60% tilläggen att styrkan ökar med tiden och det blir slutligen högre än Portland cementerar. Därför rekommenderas högst 50% ersättning. Det finns ytterligare fördelar såsom lägre värmeutveckling och förbättrad hållbarhet.
Bearbetbarhet: Slaggbetong är lätt att kompakta genom vibrationer och anses därför vara mer bearbetbar än portlandcement.
värmehydrering: GGBS- ersättning leder till att minska värmeutveckling vilket är positivt. Högre beständighet: GGBS-betong har högre motstånd till klorid, sulfat och alkali-kiseldioxidreaktion. Den minskar spridningen av klorid och syre vilket i sin tur bidrar till att minska tiden för rost angrep i armering.
förbättra hållbarhet: på grund av att slagg är restprodukt av järn så är det bara energi som använd för bearbetning och slipning som beaktas. Att delvis ersätta portlandcement med GGBS leder till en miljövinst. Genom att minska cement mängden i betongen leder i sin tur till avsevärd minskning av koldioxidutsläpp. Dessutom leder användning av GGBS till att minska avfallsprodukten från stålindustrin vilket är positivt (Sciencedirect, 2017).
2.4.2.2 Flygaska (Pulverized Fly Ash PFA)
PFA är ett fast restproduktmaterial som extraherat med elektrostatiska filter och mekaniska medel från rökgaser av ugnar eldad med pulveriserat bituminöst kol. Det transporters av gaserna och återvinns som flygaska med fina partiklar.
Tillägg av PFA visade en lägre tidig ålder styrka på grund av att pozzolanic reaktioner. Både tryckhållfasthet och dragmodul minskade i takt med att mängden tillsatt PFA ökade. Men när härdning av cement vid lägre temperaturvatten, 5cͦ är hållfastheten i blandningen mycket lik den i Portlandcement. PFA kan också användas för att förbättra sulfatbeständigheten och minska kloriddiffusionen och minska värmeutveckling (Sciencedirect, 2017).
2.4.2.3 metakaolin (METAKAOLIN)
På grund av den höga förbrukningen av betong och cement i utvecklingsländerna har behovet av cementersättningsmaterial eller andra alternative bindemedel ökat. Ett av de kompletterande material som undersöks i detta avsnitt är metakaolin, som är en biprodukt av kaolin. Kaolin är ett vitt fint mineral som används vid tillverkning av porslin. I en studie av Malagavill,2018 har en vanlig portlandcement (OPC) använts med tillsats av fyra olika procent av metakaolin (5%, 10%, 15% och 20%). En ökning av de mekaniska egenskaperna noterades med tillägg av någon av dessa fyra olika nyckeltal efter 28 dagar. 10% tillägg av metakaolin har dock visat den högsta ökningen av mekaniska egenskaper. Därför var det avgörandena att vara den optimala användningen procent av metakaolin i betong. Tillsättning av 10% av metakaolin visade att tryckhållfastheten har ökat med 16,75% medan den delade draghållfastheten ökade med 7,1%. Dessa tester bekräftar 10% tillägg av metakaolin hade det bästa resultatet när det gäller mekaniska egenskaper (Malagavelli, 2018).
2.5 Litteraturstudie
Detta examensarbete inleddes med en förstudie om betong för att öka förståelse och kunskap kring dess egenskaper som byggmaterial. Därefter har en studie om klimat och miljö utförts för att få en uppfattning på grundteori om hur byggmaterial kan öka koldioxidutsläpp. Sökorden som används för att hämta informationen från internet var klimatförbättrad betong, cementtillverkning, koldioxidutsläpp, byggmaterialet inverkan på miljön, alternativa bindemedel och miljövarudeklaration.
För att få en tidig bild och omfattning av projektet har internetsökningar utförts i Diva-portal där studerads tidigare examenarbete med liknande projekt.
Mycket mer information erhållits via telefon - och mailintervjuer med sakkunniga personer på olika betongföretag.
3 Metod
I detta kapital beskrivs steg för steg de tre olika metoder som utförts i detta examensarbete för att få fram resultat. Metoden var en undersökning studie för olika betongrecept, en jämförelsestudie mellan standardbetong och klimatförbättrad betong samt en intervjustudie.
3.1 Materialundersökning studie
I detta avsnitt utförs en undersökningsstudie för att undersöka miljöpåverkan utifrån effekten av olika betongskvalitet och alternativa bindemedel. Metoden som uträttas är att jämföra olika betongsrecept och dess klimatpåverkning utifrån informations som hämtas från klimatvarudeklaration (EPD). I en EPD finns det information om materials ingående delar med dess mängder och klimatpåverkan i form av koldioxidutsläpp. Insamlade fakta från de olika betongs EPD:er undersökas för att sen jämföras i en Excelfil. Resultatet visar hur olika betongrecepten har haft inverkan på miljö.
3.1.1 Undersökning av olika Betongskvalitet
I detta avsnitt undersöks hur miljöpåverkan kan variera utifrån olika betongkvalitet (hållfasthetklass, vattencementtal och exponeringsklass) enligt godkände EPD :er. Samtliga betongprodukter tillverkas enligt europeisk standard, SS-EN 206 samt svensk tillämpningsstandard för fabriksbetong SS137003. Cementet som används i samtliga betongrecept är Cementas Bascement dvs. (Portland fly Ash cement) CEM ll/A-V 52,5 N, EPD-HCG-20140305-CA
3.1.1.1 Hållfasthetsklass C30/C37, vct 0,50, exponeringsklass xo
Information för denna betongstyp hämtades från en godkänd EPD från svenska betong enligt the Norwegian EPD Foundation med deklarationsnummer NEPD_1296–419-SE. Betongen är en vanlig betongkvalitet för en torr inomhuskonstruktion som väljs när uttorkningstid är avgörande i projektet.
Tabell:2: Recept är för en kubikmeterbetong.
Material kg Vikt-% Cement 355 14,8 Ballast 1860 77,7 Vatten 177 7,4 Superplasticerare 1,5 0,06 summa 2350 100
3.1.1.2 Hållfasthetsklass C25/C30, vct 0,63, exponeringsklass xo
Information för denna betongstyp hämtades från en godkänd EPD från svenska betong enligt the Norwegian EPD Foundation med deklarationsnummer NEPD_1297–419-SE. denna betong typ är ett exempel på klimatförbättrad betong genom att optimera betongreceptet, dvs. minska andelcement halten och höja vattencementtalen i betongen. betongen exponeringsklass är xo, vilket betyder att den inte utsätts för armeringskorrosion eller frost. Betongen är lämplig att använda till gjutning av armerad betong i en torr inomhuskonstruktions byggnadsdelar exempelvis bjälklag inomhus.
Material kg Vikt-% Cement 305 13 Ballast 1850 78.72 Vatten 192 8.2 Superplasticerare 1.8 0.08 summa 2350 100
Tabell 3: Recept är för en kubikmeter betong.
3.1.1.3 Hållfasthetsklass C28/C35-C30/37 vct 0,55, exponeringsklass XC4, XF1
Information för denna betongstyp hämtades från en godkänd EPD från svenska betong enligt the Norwegian EPD Foundation med deklarationsnummer NEPD_1295–419-SE. Betongrecept för denna betongkvalitet som används till platsgjuten av armerad betong i byggnadsdelar liksom ytterväggar. Exponeringsklass XC4, XF1 medför att livslängden på betongen begränsas till följd av risk för korrosion på grund av fuktig miljö.
Material kg Vikt-% Cement 340 14.4 Ballast 1830 77.55 Vatten 187 7.9 Superplasticerare 2.7 0.15 summa 2360 100
3.1.1.4 Hållfasthetsklass C40/50-C50/60, vct o.40, exponeringsklass x0
Information för denna betongtyp hämtades från en godkänd EPD från svenska betong enligt the Norwegian EPD Foundation med deklarationsnummer NEPD_1298–419-SE. Betongen är för prefabricerade hålldäck som används för torr inomhuskonstruktion. Betongskvalitet är av hållfasthetensklass är C40/50-C50/60 med vattencementtal 0,40 för exponeringsklass x0. Den högre hållfasthetsklass beror på låga vct-tal, vilket medger snabb uttorkningstid.
Material kg Vikt-% Cement 360 14.8 Ballast 1925 79.2 Vatten 144 5.9 Superplasticerare 1.44 0.06 summa 2430 100
Tabell 5: Recept är för en kubikmeter betong.
3.1.1.5 Hållfasthetsklass C50/60, vct 0.34, exponeringsklass XC4
Information för denna betongtyp hämtades från en godkänd EPD från Thomas betong AB enligt the Norwegian EPD Foundation med deklarationsnummer NEPD_1710–694-SE. Betongen används för torr inom bostadsbyggande. Betongskvalitet är av hållfasthetensklass är C50/60 med vattencementtal 0,34 för exponeringsklass xc4. Den högre hållfasthetsklass beror på låga vct-tal vilket medger snabb uttorkningstid. Täckande betongskikt styr betongens livslängd till följd av att betongen är i exponeringsklass xc4 där finns risk för korrosion. Material kg Vikt-% Cement 545 23.3 Ballast 1600 68.4 Vatten 187 8.0 Superplasticerare 7.6 0.2 summa 2339.6 100
3.1.1.6 Hållfasthetsklass C35/45, vct 0.40, exponeringsklass XC4, XS3, XD3, XF4
Information för denna betongtyp Frost BI Anläggning hämtades från en godkänd EPD från betongindustri AB enligt the Norwegian EPD Foundation med deklarationsnummer NEPD_1711–695-SE. Betongen används för torr inom bostadsbyggande. Betongskvalitet är av hållfasthetensklass är C35/45 med vattencementtal 0,40 för exponeringsklass XC4, XS3, XD3, XF4. Täckande betongskikt styr betongens livslängd därför är det viktigt att dimensionera betongstäckandeskikt rätt för att begränsa risk för korrosion. Betongen motstående för saltinträngning och frysning är högt. Cement som används i betong är ”CEM 1 42.5 N-SR 3/MH/LA” med specifika data i EPD-HCG-20140186-CAD1-EN (Teknisk information Slagg Bremen_Thomas Cement_180129, 2018).
Material kg Vikt-% Cement 420 17,75 Ballast 1780 75,13 Vatten 164 6,93 Superplasticerare 3 0,13 luftporbildare 1,5 0,06 summa 2369 100
Tabell 7: Recept är för en kubikmeterbetong.
3.1.1.7 Hållfasthetsklass C30/37, vct 0.55, exponeringsklass XC4, XF1
Information för denna betongstyp hämtades från en godkänd EPD från betongindustri AB enligt the Norwegian EPD Foundation med deklarationsnummer NEPD_2115–959-SE. Deklaration baseras på NPCR 020 version 2.0. Betongen används för huskonstruktioner. Betong har hållfasthetensklass C30/37 med vattencementtal 0,55 för exponeringsklass XC4, XF1. Cement som används i betong är ”CEM 1I/A-LL 42.5 R” med specifika data i EPD-HCG-20190045-CAA1-EN. Betongens bindemedel innehåller reaktiva tillsatsmaterial, typ II. Till tillsatsmaterial räknas tillsatsmaterial typ I.
Material kg Vikt-%
Cement (tillsatsmaterial typ II) 340 14 Tillsatsmaterial typ I 30 1.3
Ballast 1800 76
Vatten 185 8
tillsatsmedel 2,6 0,1
summa 2358 100
3.1.2 Undersökning av alternativa tillsatsmaterial
I detta avsnitt undersöks hur betongs miljöpåverkan kan vara beroende av mängden alternativa bindemedel som får ersätta cementsdelen.
För att kunna undersöka miljöpåverkan till följde av ersättning andel av cement med alternativa bindemedel (slagg och flygaska) redovisas här tre olika betongrecept med olika slaggmängd. Recepten granskas för självkompakterande betong (SKB) med 100%, 50% och 25 % slagg och för samtliga recept med hållfasthetsklass C30/37, vattencementtal 0,55 och effektivitetsfaktorn K=0,95. Ballastfördelning, mängd flytmedel och luftporbildare hålls oförändrad (Teknisk information Slagg Bremen_Thomas Cement_180129, 2018).
material innehållet kg 0 % GGBS 25 % GGBS 50 % GGBS 100% GGBS
cement 320 245 205 155
GGBS 0 61 103 140
vatten 176 167 166 166
kalkfiller 180 165 150 140
3.2 Jämförelsestudie
För att kunna visa och analysera hur mycket klimatpåverkan kan minskas genom att använda klimatförbättrad betong har en jämförelsestudie genomförts. För att kunna utföra denna studie beaktades ett referensprojekt för att ta reda på betongskvalitet och mängder. Därefter ersattes det med klimatförbättrad betong med motsvarande mängd och kvalitet. Utgår man från betongsmängden och klimatpåverkanspotential (GWP) för varje betongsort räknas klimatpåverkan och därefter utförs en undersökning för kvalitet.
3.2.1 Referensprojekt insamlade data
Materielmängden och kvalitet baserade på ett referensprojekt från Specialfastigheter AB. Projekts stomme är uppbygg av självkompakterande betong för husbyggnad som är i cementtyp bascement std P, CEM II/AV 52,5 N, som innehåller ca 80 % klinkar samt flygaska som ger bättre arbetsbarhet och mindre behov av vatten och tillsatsmedel. Tillsatsmedel som ingår i betongreceptet är vattenreducerande flyttillsatsmedel som ger betongen utmärkt hållfasthetsutvecklig och en kort inblandningstid. Den maximala stensstorleken är 16mm och konsistensklass SF1-SF2 (SKB). De vertikala konstruktion (pelare, ytterväggar och innerväggar) är utformad med en väggBI betong för att ge en hög ytkvalitet och bra gjutbarhet.
Följande byggdelar och material ingår i jämförelsestudien och klimatpåverkan beräkning: -Byggnadens grundplatta med fundament är uppbyggd av husbyggnadsbetong i hållfasthetsklass C35/45, vattencementtal 0,50 och exponeringsklass sätts till XC4, XF1. Den förbrukad betongmängd var 289,3 m3.
-Pelare och innerväggar uppförde av självkompakterande betong i hållfasthetsklass C30/37, vattencementtal 0,55 och exponeringsklass sätts till XC4, XF1. Den förbrukad betongmängd var 70,5 m3.
-Ytterväggar byggde däremot med betongkvalitet C35/C45, vattencementtal 0,50 och exponeringsklass sätts till XC4, XF1. Den totala volymen av materialåtgången räknat till 134 m3.
-Betongen för pågjutning tak är i hållfasthetsklass C30/37, vattencementtal 0,55 och exponeringsklass sätts till XC4, XF1
-Betongvolymen för trapphusfundament uppskattade till 11 m3 i hållfasthetsklass C35/45, vattencementtal 0,40 och exponeringsklass XC4, XD3, XS3, XF.
3.2.2 Klimatförbättrade betong
Klimatförbättrade betongprodukter som utnyttjats för denna jämförelsestudie har optimerats genom att en del av cement har ersatts av alternativa bindemedel (granulerad masugnsslagg GGBS, flygaska). Idag finns det i svenska marknaden olika betongstillverkare som levererar klimatförbättrad betong i olika användningsområden och förbättringsnivåer. De olika
leverantörerna av klimatförbättrad betong granskades och det valdes en leverantör (Betongindustri) som levererar BIO-klassad betong i tre olika förbättringssteg jämfört med branschreferens. BIO 1, 2 och 3 erbjuds tre koldioxidreduktionsnivåer 10,25 respektive 40 %. Den tillverkas på samma sätt som betongen för referensprojekt, dvs. med Bascement (CEM II/A-V 52,5) (Betongindustri).
Betongsförbättring i steg 1 kan uppnås utan att påverka betongens egenskaper. Däremot ställer betongsförbättring i steg 2 och 3 krav på samverkan mellan beställare, konstruktör, betongleverantör och entreprenör, så det garanteras att betongen väljs och hanteras på ett effektivt sätt (Betong S. , Klimatförbättrad betong).
3.2.3 Miljöpåverkan
Metoden som utförs för att beräkna och jämföra klimatpåverkan för de olika betongsorterna var genom att jämföra olika materials miljövarudeklarationer (EPD:er). I en EPD finns det information om produktens miljöpåverkan, bland annat faktorn Globala Warming potential (GWP) som mäts i koldioxidekvivalent (co2-ekv). De framtagna GWP-värdena, utifrån olika EPD:er för respektive betongssort sammanställdes i en Excelfil och multiplicerades med betongsmängden för respektive byggnadsdel och betongsort för att få fram klimatpåverkan.
3.3 Intervjustudie
Intervjustudie var en metod som användes under examensarbetets gång för att kunna samla information och fakta kring område som rapporten handlar om, dvs. betong och miljöpåverkan. studien skedde genom telefonintervju samt mejl med speciella forskare inom betongutveckling samt olika betongleverantörer för att samla information från de olika deltagarna. Ett antal PDF:er Från forskaren som innehåller värdefulla fakta som handlar om betongsutveckling och alternativa bildningsmedel.
Information samlades från olika betongleverantörerna om den nya klimatförbättrade betongen de levererar just nu samt information om vilka metod användande de for att utveckla den klimatsförbättringsbetongen.
Personer som deltog på intervju är:
- Nadia Al-Ayish: Forskare inom hållbarhet betongbyggande på RISE.
- Marjan Mousavi: Tekn.dr. forskare, samhällsbyggnad, Avdelning infrastruktur och betongbyggnader, Enhet Miljöanalys och konstruktioner.
- Christopher Mörtsell: Receptansvarig på Thomas Betong AB. - Akin Barin: är kundansvarig på swerock AB.
4 Resultat
I detta kapital redovisas resultat av hur klimat påverkas av olika betongssorter utifrån material undersökningsstudie och jämförselsstudie.
4.1 Resultat av materials undersökningsstudie
I detta avsnitt redovisas resultatundersökningen av klimatpåverkan från olika betongskvalitet och recept. Resultatet av de samlade fakta av olika betongskvalitéer som visar klimatpåverkan. Respektive betongskvalitet sammanställas i tabell. Klimatpåverkan från en kubikmeterbetong som ingår in denna EPD är baserade på klimatpåverkan i produktsskedet (A1-A3) i LCA- modul. Klimatpåverkan räknades enligt global uppvärmnings potential (GWP) i form av co2ekv/m3 hämtade från olika certifierade betong EPD:er från Norwegian EPD Foundation.
Hållfasthetsklass vct Cementmängd kg Exponeringsklass limatpåverkan co2 -e/m3
C30/37 0,50 355 X0 251 C25/30 0,63 305 X0 218 C28/35-C30/37 0,55 340 XC4, XF1 244 C40/50-C50/60 0,40 360 X0 258 C50/60 0,34 545 XC4 417 C35/45 0,40 420 XC4, XF4, XS3, XD3 389 C30/37 0,55 340 XC4, XF1 247
Tabell 10: Sammanställning av betongkvalitet och respektive miljöpåverkan.
Resultat av de olika alternativa tillsättsmaterial mängd visar att koldioxidutsläppen för produktionsskyddet (A1-A3) för de tre olika produkterna uppskattade till nästan 255 kg co2/ m3 för betongen utan GGBS, 220 kg co2/ m3 för betongen med 25 % GGBS, 170 kg co2/ m3 för betongen med 50 % och 145 kg co2/ m3 för betongen med 100 % (Betong T. , 2018).
hållfasthetsklass vct cementmängd kg exponeringsklass klimatpåverkan co2 -e/m3
C30/37 0,55 320 X0 255
C30/37 0,55 245 X0 220
C30/37 0,55 205 X0 170
C30/37 0,55 155 X0 145
Undersökningsresultat redovisar hur koldioxidutsläpp från betong kan påverkas med avseende på följande punkter:
4.1.1 Vattencementtal och koldioxidutsläpp
Undersökningsresultatet från olika betongkvalitet visar en vattenmängdökning i betong leder till positiv påverkan på klimatet, dvs. det leder till minskning av co2 utsläpp i atmosfären. Som förklaring till detta fenomen är att ökningen vattenmängd i betongmaterial leder till minskning i cementmängt som i sin tur ansvarar för upp till 90 procent av utsläppen av CO2. Enligt figuren redovisas förhållandet mellan vct och klimatpåverkan. Det noteras att klimatminskning varierar vilket kan vara beror på att olika betongkvalitet har olika recept, dvs. olika cementhalt.
Figur 9: Miljöpåverkan i förhållande till vattencementtal
4.1.2 Cementmängden och koldioxidutsläpp
I följande figur redovisar förhållande mellan cementmängd i betongsrecept och koldioxidmängd. Resultatundersökning visar att minskning på cementmängd leder till minskning av CO2 utsläppet och däremot minskning på klimatpåverkan. Att minska cementmängden leder i sin tur till minskning av klimatpåverkan vilket beror på att cement räknas som en stor källa till utsläppet av Co2.
100 140 180 220 260 300 340 380 420 460 0,34 0,40 0,40 0,50 0,55 0,63 KG CO2/M3 VCT
Figur 10: Miljöpåverkan i förhållande till cementmängd
4.1.3 Mängd alternativa tillsättsmaterial och koldioxidutsläpp
I figuren nedan erhålls förhållande mellan mängd alternativa tillsättsmaterial (slagg) och mängd koldioxidutsläpp. Resultat visar att ju större slaggmängd i betongenen desto mindre blir klimatpåverkan. Detta beror på att en del cement ersätts med slagg som är restprodukt av stålproduktion. Detta har däremot inga klimatpåverkningar, förutom transport till byggindustri, jämfört med cement som enligt Svenska Betong ansvarar för 90 procent av det totala utsläppet av betong.
Figur 11: Miljöpåverkan i förhållande till GGBS mängd. 0 100 200 300 400 500 305 340 355 360 420 545 KG CO2 / M 3 CEMENTMÄNGD( KG)
CEMENT MÄNGD OCH KLIMATPÅVERKAN
0 50 100 150 200 250 300 0 61 103 140 KG CO2 /M3 MÄNGD GGBS (KG)
4.2 Resultat av Jämförelsestudie
I detta avsnitt redovisas resultatet av jämförelsestudie mellan klimatförbättrad betong och en referensbetong samt uppvisar skillnad i klimatpåverkan och kvalitet för respektive betongssort.
4.2.1 Miljöpåverkan
Miljöpåverkan i detta examensarbete omfattar betongseffekten under produktionsskyddet i livscykelanalys, dvs. modul A1-A3, därför var en acceptable EPD till stort nyttja, eftersom en EPD innehåller data om koldioxidutsläpp per kubikmeterbetong.
I följande tabeller framställas GWP-värde utifrån de olika betongskvalitet och exponeringsklass för respektive byggnadsdelar som ingår i denna jämförelse.
Tabell 12: GWP- värde för referensbetong.
Klimatförbättrad betong Förbättring steg 1 förbättring steg 2 förbättring steg 3 byggnadsdelar hållfasthet vct GWP (kg co2-ekv/m3) GWP (kg co2- ekv/m3) GWP (kg co2-ekv/m3) grundplatta med fundament C35/45 0,50 250 210 170
pelare och innerväggar C30/37 0,55 230 190 155
ytterväggar C35/45 0,50 250 210 170
pågjutning tak C30/37 0,55 230 190 155
trapphusfundament C35/45 0,4 275 275 275
Tabell 13: GWP-värde för olika klimatförbättrad betong.
Referensbetong
byggnadsdelar hållfasthetsklass vct exponeringsklass
GWP
(kg co2-ekv /m3)
grundplatta med fundament C35/45 0,50 XC4, XF 1 280
pelare och innerväggar C30/37 0,55 XC4, XF 2 255
ytterväggar C35/45 0,50 XC4, XF 3 280
pågjutning tak C30/37 0,55 XC4, XF 4 255
4.2.1.1 Totala utsläpp från referensbetong
Totala miljöpåverkan från varje byggnadsdel och från hela byggnads 155 343 kg (CO2- ekv) erhålls genom att multiplicera betongsmängden och GWP- värdet för respektive betong i byggnadsdelar. Tabellen visar den totala miljöbelastningen i form av (CO2- ekv) från referensprojekt där standardbetong används för att räkna fram GWP- värde.
byggnadsdelar betongsmängd(m3) hållfasthetsklass vct
GWP
(kg co2- ekv /m3)
Utsläpp (kg co2- ekv)
grundplatta med fundament 289,3 C35/45 0,50 280 81 004
pelare och innerväggar 70,5 C30/37 0,55 255 1 797 7,5
ytterväggar 134 C35/45 0,50 280 37 520
pågjutning tak 60,3 C30/37 0,55 255 1 537 6,5
trapphusfundament 11 C35/45 0,4 315 3465
155 343
Tabell 14: Total miljöpåverkan från referensbetong.
4.2.1.2 Totala utsläpp från klimatförbättrade betong i steg 1
Den totala beräknade klimatpåverkan från hela byggnadsdelarna blir 13 8934 kg (CO2- ekv) fås genom att ersätta standardbetong mot klimatförbättrad betong i steg 1 vilket motsvarar 10 % minskning av koldioxidutsläpp jämfört med standardbetong. Resultat av hur mycket koldioxidutsläpp varje byggnadsdel bidrar med redovisas i tabellen nedan.
byggnadsdelar betongsmängd(m3) hållfasthetsklass vct
GWP (kg co2 /m3)
Utsläpp (kg co2- ekv)
grundplatta med fundament 289,3 C35/45 0,50 250 72 325
pelare och innerväggar 70,5 C30/37 0,55 230 16 215
ytterväggar 134 C35/45 0,50 250 33 500
pågjutning tak 60,3 C30/37 0,55 230 13 869
trapphusfundament 11 C35/45 0,40 275 3025
138 934
Tabell 15: Total miljöpåverkan från klimatförbättrad betong i förbättring steg 1
4.2.1.3 Totala utsläpp från klimatförbättrade betong i steg 2
Genom att ersätta standardbetong mot klimatförbättrad betong i steg 2 blir den totala beräknade klimatpåverkan från hela byggnadsdelarna 74 750 kg (co2- ekv), vilket motsvarar 25 % minskning av koldioxidutsläpp jämfört med standardbetong. Resultat av hur mycket koldioxidutsläpp varje byggnadsdel bidrar med redovisas i tabellen nedan.
byggnadsdelar betongsmängd(m3) hållfasthetsklass vct
GWP (kg co2 /m3)
Utsläpp (kg co2- ekv)
grundplatta med fundament 289,3 C35/45 0,50 210 60 753
pelare och innerväggar 70,5 C30/37 0,55 190 13 395
ytterväggar 134 C35/45 0,50 210 28 140
pågjutning tak 60,3 C30/37 0,55 190 11 457
trapphusfundament 11 C35/45 0,40 275 3025
116 770
4.2.1.4 Totala utsläpp från klimatförbättrade betong i steg 3
Användning av klimatförbättrad betong i steg 3 ger resultatet att den totala beräknade klimatpåverkan från hela byggnadsdelarna är 116 770 kg (CO2- ekv), vilket motsvarar cirka 52 % minskning av koldioxidutsläpp jämfört med standardbetong. I tabellen redovisas resultatet av hur mycket koldioxidutsläpp varje byggnadsdel bidrar med.
byggnadsdelar betongsmängd(m3) hållfasthetsklass vct
GWP (kg co2 /m3)
Utsläpp (kg co2- ekv)
grundplatta med fundament 289,3 C35/45 0,50 170 49 181
pelare och innerväggar 70,5 C30/37 0,55 155 1 092 7,5
ytterväggar 134 C35/45 0,50 170 2270
pågjutning tak 60,3 C30/37 0,55 155 9346,5
trapphusfundament 11 C35/45 0,40 275 3025
74 750
Tabell 17: Total miljöpåverkan från klimatförbättrad betong i förbättring steg 3
För att enkelt kunna se skillnad i klimatpåverkan från referensbetong, klimatförbättring i steg 1, 2 och 3, sammanställas resultat i ett diagram.
Figur 12: Skillnad på miljöpåverkan för respektive betongsort
4.2.2 Kvalitetsskillnad 155343 138934 116770 74750 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 180000 1 kg co2 -ekv
totala koldioxidutsläpp
Lättare att hantera: Betong måste vara homogen att den klarar av kraven på hållfasthet varför vibreras betongen för att tvinga ur den stora mängden luft och fukt som den färska betongen har. Detta kräver delvis olika redskap beroende på vilken typen av den beställda betongen. Att tillföra ett finmaterial som är puzzolant till en betongblandning medför vanligtvis att arbetsbarheten hos betongmassan blir bättre. Materialet rör sig lättare och kommer därmed kräva mindre mängd vibrering.
Upprätthålla längre öppethållande: Vid val av betong måste alltid tas hänsyn till gjutbarhet. Flyttillsatsmedel är en grupp tillsatsmedel som används för att öka gjutbarhet under en begränsad tid efter blandning. Inverkan kan vara allt ifrån att modifiera den färska betongen till den grad att gjutbarheten blir bättre. Öppethållande är den tiden som en betongmassa har god rörlighet och är gjutbar. När cement ersätts med ett GGBS material kommer den tiden att förlängas när tillsatsmaterialen inte reagerar lika snabbt som cement med vatten.
Värme utvecklas till mindre grad och därmed minskas värmesprickor: Vid användning av GGBS i en betong genomförs mindre värme än med standardbetong och det beror helt enkelt på att mindre cement används. När cement reagerar med vatten, hydratiserar, så bildas värme. En hög cementhalt ger en högre värmeutveckling än en låg cementhalt. I miljövänlig betong ersätts cement med GGBS därför den värme skapande reaktionsparten i hydratationen minskar och därmed sänks värmeutvecklingen. Det är positivt då risken för värmesprickor minskar och är användbar vid extremt varma klimat.
Hållfasthetsutveckling är långsammare dock har samma hållfastighet efter 28 dygn: Speciellt vid låga temperaturer har tillsatsmaterial en långsammare hållfasthetsutveckling än cement. Vanligtvis sker tillsatsmaterial reaktioner långsammare än hydrauliska reaktioner. Eftersom hydratationen går långsammare så kommer tillväxten av hållfasthet att ske långsammare, det blir framförallt märkbart vid korta tidsspann. Normal tid för kontroll av hållfasthet hos betong är efter 28 dygn i 20 graders omgivningstemperatur. Även om tillväxten av hållfasthet sker långsammare så har betongen efter 28 dygn uppnått samma hållfasthet som en traditionell betong.
Minskad porositet: Betong är i princip ett poröst stenmaterial. Ju högre betongkvalitet desto mindre poröst är det. Tillsats av GGBS material reagerar med hydratationsprodukterna från cement och vatten reaktionen och skapar ett tätare porössystem med mindre porer, betongen blir tätare.
Är ljusare och ge någon form av reflex ljus: Slaggen som en tillsats gör miljö-betongen ljusare. Detta är en fördel i bygget av exempelvis tunnlar (Swerock, u.d.).
5 Diskussion och slutsatser
I detta kapital diskuteras resultaten av undersökningsstudie och jämförelsestudie samt redovisas vilka slutsatser denna studie leder till.
5.1 Diskussion
Resultatet för miljöbedömningen från olika betongkvalitet visar att vattenmängden i betongrecept påverkar koldioxidutsläpp. En ökning i vattenmängden i betongrecept leder till positiva påverkan på klimatbelastning, dvs. det leder till minskning av co2 utsläpp i atmosfär. Den mest effektiva åtgärden för att minska klimatpåverkan från betong är att nyttja så höga vattencementtal, vct, som möjligt (med hänsyn till krav på hållfasthet och beständighet). VCT står för förhållandet mellan andelen vattenmängd och cementmängd i betongen. Den styrs bland annat av de föreskrivna exponeringsklassen för den aktuella konstruktionsdelen. Betongen exponeringsklass i sin tur bestäms med förutsättning av vad betongen kommer att vara exponerad mot till exempel om gjutningen är inomhus eller utomhus, om den är utsatt för klorider eller frost.
Exponeringsklasserna påverkar inte hållfastheten, men ger däremot ett krav högsta vct. Enligt SS 13 70 03 ju högre exponeringsklass betongkonstruktion utsättas för desto lägra tillåtna vct i betongreceptet. Däremot har resultat visat att högre vct i betongrecept ger lägre klimatpåverkan. Detta medför att betongbranschen kan minska klimatpåverkan från betong genom att föreskriva högre vct och lägre exponeringsklasser. Eftersom exponeringsklasser begränsar möjligheten till att sänka koldioxidutsläpp från betong är det viktigt att börja undvika föreskriva onödigt stränga exponeringsklass i betongspecifikationen.
Med låga exponeringsklasser utan vct krav ger större möjlighet att minska miljöpåverkan från betong. Även om det är inte alltid möjligt att föreskriva högre vct och lägre exponeringsklasser bidrar denna studie till att öka förståelse bland byggbranschen för hur störa klimatpåverkan skillnader beroende på betongsämnasättning.
Detta överensstämmer med vad Anders Rönnblad från Cementa AB förklarade i intervjun att ju högre vättencementtal desto lägre blir klimatpåverkan. Rönnblad hävdar att vid projektering av ett hus räknas ut vilken betongsorten, hållfasthet och exponeringskass som krävs och behövs. De faktorerna styr hur betong kan tillverkas med bland annat vct talet. Till exempel en exponeringsklass XC1 till bostadshus inomhus betong är det väldigt lågt krav på beständighet för att den inte utsätts för frost och salt, då kan vct sätts till 0,9. På grund av produktionens tekniska aspekter där uttorkningstiden är prioriterad väljs en lägre vct för att den ska torka ut någorlunda fort. Konsekvensen blir extra klinkermängd i betong, dvs. högre hållfasthet än vad konstruktionen och beständigheten kräver samt högre klimatpåverkan.
Resultatet visar även att cementmängden i betongrecept har en signifikant inverkan på koldioxidutsläpp. Det högre cementsmängden i betongen ger högre klimat påverkan. Detta
svenska betong. Detta resultat stämmer överens med vad svenska betong har skrivit i sin rapport ”Betong och klimat”, där står att betongrecept kan optimeras genom att minska innehållet av cementklinker för att uppnå lägre klimatavtryck.
De senaste åren har utvecklingen gått mot en allt snabbare byggtid, vilket i sin tur lett till krav på att snabbt nå högt uttorkningskrav. Därför används betong med höga cementhalter samt cementsorter med högt klinkerinnehåll vilket resulterar i hög klimatpåverkan. En anledning till att använda betong med högre kvalitet (hållfasthet) än vad som behövs är för att minska risken för negativa konsekvenser, detta medför ökad klimatpåverkan. Av den anledning är det viktigt att välja lägre betongkvalitet som fyller byggnadens olika krävs vad som gäller beständighet till bärighet.
Den oftast effektiva åtgärden för att sänka klimatpåverkan från betong är att begränsa mängden klinker i bindemedlet. Detta görs genom att undvika föreskriva onödigt höga hållfasthetsklass och hårda krav på uttorkning. Dessutom begränsa användning av höga kvalitet betong till bärande delar där höga kräv på bärighet.
När det gäller alternativa bindemedel pekar resultatet på att högre alternativa bindemedel som ersätter cementklinker ger lägre klimat påverkan. De alternativa bindemedel som används idag är slagg och flygaska som är restprodukter från andra industriella processer enligt svenska betong. Utsläppen av koldioxid för de alternativa bindemedlen kommer endast från transport och framställning.
Vid användning av alternativa bindemedel (slagg, flygaska och silikastoft) tillämpas ekvivalent vattencementtal (vctekv), i stället för vct, där alternativa bindemedel tillgodoräknas med en effektivitetsfaktor (k). Ekvivalent vattencementtal (vctekv) står för förhållandet mellan vattenhalt och bindemedelshalt. I bindemedel ingår cement och tillsatsmaterial med sina effektivitetsfaktorer (k). Enligt SS 137003, anses den maximalt 100 vikt % av cement för att tillgodoräkna effektivitetsfaktorer (k) i beräkning av vct ekv. I SS 137003 finns även det kraven på hur mycket alternativa bindemedel som får tillgodoräknas ett vctekv, vilka cementtyper som anses pålitliga samt hur mycket tillsatsmaterial som får tillsättas i respektive exponeringsklass.
Att minska användningen av vanlig Portlandcement i betong genom att använda alternativa bindemedel har flera fördelar för samhället dels genom att minska koldioxidutsläpp, dels genom att använda olika avfallsmaterial som flyaska och slagg. Av denna anledning bör betongbranschen göra det möjlig att använda alternativa bindemedel i stora mängder i framtiden, och därmed ytterligare minska koldioxidavtrycket.
