Hållfasthets- och värmeutveckling hos slaggbetong – modellering och tillämpning Användningen av alternativa bindemedel har under de senaste åren varit i fokus, mycket på grund av ett ökat intresse för att hitta mindre miljöbelastande (koldioxid) alternativ till portlandcement. Ett sådant alternativt bindemedel är masugnsslagg, en restprodukt från tillverkningen av råjärn. Användningen slagg i betong är ingen nytt, varken i Sverige eller i runt om i världen. Syftet har då främst varit av ekonomiska skäl, för att kunna reducera materialkostnaderna vid betongtillverkning. Men inblanding av slagg görs även för att öka betongens beständighet, som exempelvis mot kloridinträngning eller sulfat- och syraangrepp. För att underlätta användningen och bättre kunna utnyttja slaggen positiva egenskaper med svenska förutsättningar behövs verktyg för att kunna beräkna och uppskatta hållfasthets- och temperaturutveckling i konstruktioner med slaggbetong. Mald granulerad masugnsslagg för betong har stora likheter med portlandcement. Det har i princip likvärdig sammansättning med oxider av huvudmineralerna kalcium (CaO), kisel (SiO2) och aluminium (Al2O3). Kornstorleksfördelningen, eller finheten, är också likvärdig och på samma sätt som för cement blir den mer reaktiv ju finare den är. Men till skillnad från cement är slagg ett latent hydrauliskt material, vilket innebär att det förutom vatten behöver en alkalisk aktivator (ex-
Artikelförfattare är Oskar Esping och Ingemar Löfgren, Thomas Concrete Group AB C.lab, Göteborg. Bygg & teknik 7/13
empelvis kalciumhydroxid, (Ca(OH)2) för bindning och hårdnande. Väl slaggen har aktiverats är halten av kalciumoxid (CaO) tillräcklig för reaktionen med vatten och bildandet av kalciumsilikathydrater (CSH). Dess latent hydrauliska egenskaper, samt en viss förskjutning mellan huvudmineralerna, gör slaggen något långsammare och mer utdragen i dess reaktion, tillstyvnande och hårdnande i jämförelse med cement. Dessa egenskaper gör att slaggbetongen möjliggör en gynnsammare temperaturutveckling, vilket i sin tur minskar risken för sprickor av stora och varierande temperaturprofiler. Dessutom ger en lägre härdningstemperatur en gynnsammare strukturtillväxt och minskad risk för skadliga effekter av exempelvis försenad ettringitbildning, vilket i sin tur ger en bättre slutprodukt (beständighet, hållfasthet, täthet med mera). En utförligare beskrivning av slagg och dess egenskaper, samt tillämpningen och användningen av denna för betongtillverkning i Sverige, se Bygg & teknik nr 7 2011 (”Betongtekniska möjligheter med mineraliska tillsatsmaterial”).
Användning av slaggbetong
Den gynnsammare temperaturutvecklingen för slaggbetong gör den fördelaktig att använda i massiva konstruktioner, här kan man i kombination med ett Cem II (exempelvis byggcement) få likvärdiga eller lägre temperaturutvecklingen än vad betong med anläggningscement ger. Dessutom kan man genom att ersätta delar av klinkern vid cementtillverkning, eller portlandcementet vid betongtillverkning, med slagg möta intresset och de ökade kraven på minskad energiförbrukningen och koldioxidutsläpp, samt följa riktlinjerna för miljöklassade byggnader (Leed, Breeam med flera). Med hög inblandning av slagg som ersättning för cement kan man kraftigt reducera betongens ekvivalenta koldioxidbelastning (CO2e). Så tillsammans med det något lägre vattenbehovet kan man exempelvis med en inblandning av hundra procent slagg (av cementvikten), det vill säga lika stor andel slagg som cement i vikt, göra en betong med en halverad CO2e. Men för en betong med kraftigt reducerad mängd portlandscement, och slaggens något långsammare reaktion, blir hållfasthetstillväxten också betydligt långsammare under den första veckan. Detta är
viktigt att beakta då det finns krav på tidig hållfasthet och vid hänsyn till vid tidig frysning, formrivning, glättning, bortagning av stamp med mera. Vid gjutning under kalla förhållanden ökar vikten av att skydda och bibehålla slaggbetongens egenvärme och behovet av eventuella värmande åtgärder.
Beräkningsverktyg
För att kunna planera, göra lämpliga åtgärder samt uppskatta betongkonstruktionens mognads-, temperatur- och hållfasthetsutveckling finns beräkningsverktyg som exempelvis datorprogrammet Hett97. Även en nyare version av detta program är framtaget (Hett11) och kommer bli tillgängligt när indata för det nya bascementet är framtagna och inlagda (av Cementa). Den nya versionen har en enklare och mer öppen materialdatabas (konstruktionstyp, formmaterial, isolering, betong med mera) för egna indata, som exempelvis för slaggbetong. För att sedan följa samt säkerställa att önskad temperaturutveckling och hållfasthet vid visst tillfälle har uppnåtts finns mognadsmätare som exempelvis ConReg (CMT International). Detta mätinstrument med tillhörande datorprogram har en stor mängd fördefinierade betongsammansättningar (motsvarande Hett97), men också möjlighet för att lägga in data för egen betong. De fördefinierade betongernas (132 stycken, med olika cement typ, hållfasthetsklass, sättmått, luft och flytmedel). Indata för betongen i Hett97 och ConReg är likvärdiga, förutom att Hett97 har ytterligare parametrar som beskriver energi- och värmeutvecklingen för beräkning av temperaturen, till skillnad från ConReg där denna mäts direkt i konstruktion. Temperaturutvecklingen används sedan för att beräkna mognadsgrad och hållfasthet, med hjälp av tendenskurvor och dess temperaturberoende. För detta finns i ConReg tio parametrar för respektive betong, och i Hett97 tillkommer lika många till för att kunna uppskatta dess temperaturutveckling.
Försöksserie
En serie försök har gjorts hos Thomas Concrete Group C.lab, där parametrarna i Hett och ConReg tagits fram för betong med byggcement och slagg dosering (upp till hundra procent av cementvikten) för varierande hållfasthet (vct 0,35 till 0,65). 29