National Transport Library Research Database

BeFo 428 - Kalciumsulfoaluminatcement (CSA) för hållbar sprutbetong - förstudie (BeFo 428 - Calcium Sulphoaluminate Cements (CSA) for sustainable shotcreting – pre-study)

Sponsors, duration, budget: Trafikverket ; 2020-12-01 -- 2021-09-30 Registration number:
  • Trafikverket 2020/71528
Subject(s): Online resources: Abstract: Sprutbetong uppfanns för över 100 år sedan och används vanligtvis för att reparera betongkonstruktioner och för att förstärka berg i tunnlar och gruvor. Materialkraven är betydligt tuffare jämfört med gjuten insitu eller prefabricerad betong. Sprutbetong utsätts för svåra förhållanden från det ögonblick då den applicerades på bergytan med hög anslagshastighet, med begränsad möjlighet för effektiv härdning, och krav på snabb styrkeutveckling, låg krympning, etc. Dessutom leder sprutprocessen till återstuds (spill) som påverkar ekonomin. Sprutbetongen påverkas också av faktorer som vibrationer från pågående sprängning i närheten, naturliga rörelser i bergmassa, vibrationer från maskiner, grundvattentransport eller tryckförändringar på grund av förbipasserande fordon. Sprutbetong som används i Sverige är baserad på Portland-cement, som trots ett antal fördelar också är känt för sitt mycket höga CO2-avtryck (700-900 kg CO2/ton av den producerade cementen). Detta i kombination med ett typiskt högt bindemedelsinnehåll >450 kg/m3 resulterar i en generellt negativ miljöpåverkan. Dessutom resulterar den höga mängden cement i kombination med kemiska acceleratorer i en hög krympning, som kan leda till sprickbildning och så småningom problem med hållbarhet och säkerhet. Gjuten betong kan innehålla stora mängder sekundära cementmaterial (SCM) för att minska CO2-fotavtrycket. Tyvärr reduceras det maximala SCM-innehållet för Sprutbetong i Sverige men också i andra länder till 6% på grund av en långsammare hållfasthetsutveckling, hållbarhetsproblem och låg robusthet. Lösningen som föreslås i denna förstudie är att delvis eller helt ersätta Portlandcement med kalciumsulfoaluminat (CSA) och Belitic Calcium Sulphoaluminate (BCSA) cement. I jämförelse med vanlig Portlandcement har både CSA och BCSA lägre CO2-fotavtryck, snabb härdning och betydligt lägre krympning, kräver kortare härdningstid och ger en bättre hållbarhet i vissa exponeringar. Båda cementen är inte nya produkter och deras tillverkningsprocess liknar Portland cement. Projektet syftar till att utvärdera konceptet och de data som krävs för att förbereda ett fullständigt doktorandprojekt. Det genomförs i nära samarbete mellan Luleå Tekniska Universitet och flera industriella partners. Abstract: The shotcrete was invented over 100 years ago and it is commonly used to repair concrete structures and for securing a rock mass in tunnels and mines. Material requirements are significantly tougher in comparison with cast insitu or precast concrete. Shotcrete is exposed to severe conditions from the very moment when it is placed on the rock surface with a high impact speed, rebound, a limited possibility for effective curing, required fast strength development, low shrinkage, etc. Other factors include also vibration from ongoing nearby blasting, natural movement of mass rock, vibrations from machines, running of natural water or pressure changes due to passing vehicles. The shotcrete used in Sweden is based on Portland cement, which despite a number of advantages is also known for its very high CO2 footprint, (700-900 kg of CO2 / ton of the produced cement). This in combination with a typically high binder content >450 kg/m3 results in a generally negative environmental impact. Furthermore, the high amount of cement combined with chemical accelerators result in a high shrinkage leading to cracking and eventually to problems with durability and safety. Regular concretes can contain large amounts of secondary cementitious materials (SCM) to reduce the CO2 footprint. Unfortunately, the maximum SCM amount for shotcrete is reduced in Sweden and in other countries to just 6% due to a slower strength development, durability problems and low robustness. The solution proposed in this pre-study is to partly or fully replace Portland cement with calcium sulphoaluminate (CSA) and Belitic Calcium Sulphoaluminate (BCSA) cements. In comparison with regular Portland cement both CSA and BCSA have lower CO2 footprint, rapid hardening, and significantly lower shrinkage, require a shorter curing time and provide a better durability in certain exposures. Both cements are not new products and their manufacturing process is very similar to Portland cement. The Project aims to evaluate the concept and to collect data required for the preparation of a full PhD research project proposal. It is a close cooperation between Luleå University and Technology and several industrial partners.
Item type: