Etter ti års forskning er den her, betongen som kan få uendelig levetid, null vedlikeholdsbehov og 80 prosent lavere CO₂-utslipp enn dagens betong. Oppfinnerne bak betongen, Harald Justnes og Tobias Danner, mottok «SINTEFs pris for fremragende forskning» i juni.
‒ Dette må være superspennende sett med VA-øyne, sier Justnes til VA forum.
Man skulle nesten tro at den nye betongteknologien er for god ut til å være sann. Men forskningsarbeidene til Justnes og Danner har skapt betongmaterialer med egenskaper som lenge har vært en utopisk drøm. De to SINTEF-forskerne har funnet ut at når brent blåleire erstatter minst halvparten av sementen i betong får betongen lavere surhetsgrad. Dette gjør at man både kutter CO₂-utslippene (sement er den store CO₂-driveren i betong), men også at man kan erstatte armeringen av stål med aluminium. Dette betyr et farvel til korrosjonsproblematikk som har gjort forebyggende vedlikehold nødvendig så lenge betong trengte stål.
Reduksjon i energibruken
Harald Justnes forteller at det tidligere har vært brukt flyveaske som tilsetning i sementen. Mange kullkraftverk som leverte flyveaske legges nå ned og asken blir en mangelvare. Da måtte forskerne finne en erstatning.
‒ Vi har funnet ut at vanlig blåleire fungerer veldig godt. Fordelen med den er at man brenner den på mye lavere temperatur enn kalkstein. Blåleira er en ressurs som finnes i hele verden. For å lage sement må kalkstein varmes opp til 1450 grader, mens vår blåleire kun trenger 850 grader. Det gir en stor reduksjon i energibruken og 850 grader kan du oppnå med flis og biobrensel.
‒ Egner seg godt til kummer og rør
Tørrstøp brukes i rørindustrien og til å produsere, takstein, belegningsstein og hulldekker. Altså i masseproduksjon der man har behov for å bruke formene igjen og igjen. Det støpte produktet tas ut av formene allerede etter 5-10 minutter og står da helt av seg selv til de er ferdigherdet et par døgn senere.
‒ Vil den nye betongteknologien også kunne brukes til tørrstøp?
‒ Jeg tror at vår nye betongblanding er veldig godt egnet for både kummer og rør ettersom leiren gir en god «klebrighet» (kohesivitet). Et annet kjent problem med vanlig betong er angrep fra sulfat i avløpsvannet, samt bakteriell utvikling av hydrogensulfid (H2S-gass) som fester seg på betongens overflate over vann. Ved hjelp av andre bakterier blir dette til svovelsyre som tærer på betongen. Med vår nye blanding vil dette problemet kunne elimineres fordi vi har fjernet betongens svake punkt i så måte, nemlig kalsiumhydroksid. Vi har oppnådd god fasthet, påvist god sulfatmotstand og motstandsfaktoren for vanninntrengning er høy. Det er et veldig tett system. Det må være superspennende sett med VA-øyne, sier Justnes som legger til at de ennå ikke har fått laget en pilot innen VA.
‒ Kan man i teorien konstruere hva som helst?
‒ Vi tror det. I tillegg til gode egenskaper av herdet betong kan man også oppnå god støpelighet ved å bruke noe mer plastiserende tilsetningsstoffer enn vanlig ettersom kalsinert leire har større vannbehov enn sement. På den annen side kan den nettopp derfor være godt egnet for pressede produkter som må stå av seg selv før sementhydratasjonen kommer i gang. Derfor kan vi også konstruere kummer og rør med vår evigvarende og grønne betong, sier Danner.
‒ Verdensrekord i pozzolantilsetning
Den nye betongen kan ifølge de to prisvinnende forskerne minske CO₂-utslippene fra betongbyggverk med opptil 80 prosent gjennom konstruksjonens levetid.
‒ Vi har erstattet opp til 55 % av sementen med blåleire. Det er verdensrekord i å tilsette pozzolan. Da kan vi i stedet for stål bruke aluminium som armering. Da har vi fjernet alle de vanlige nedbrytningsmulighetene til armert betong, og har i prinsippet fått evig levetid. Vi vil i tillegg få store reduksjoner på CO₂-utslippene, sier Justnes.
‒ For VA-bransjen er det et uttalt mål at rørledninger og kummer skal ha minst 100 års levetid. Når dere sier at den nye betongblandingen vil holde i «evig tid», kan man forvente at også rør og kummer vil stå seg på samme vis?
‒ Med aluminiumsarmeringen løser vi mye. Det største problemet i vanlig armert betong er at armeringen ruster. Vi bruker kalsiumklorid akselerator for god tidligfasthet og har til og med testet sjøvann i blandingen vår uten at det var noe problem. Dessuten har blandingen med 55 % kalsinert blåleire bedre motstand mot klorid og andre salter enn ordinær betong på grunn av tettere porestruktur. Selv om klorid skulle nå inn til aluminiumsarmeringen, så vil den ikke ruste siden den er av aluminium. Vi fjerner dermed problemet med korrosjon, forteller Danner og legger til at det er to andre angrepsmekanismer i betongkonstruksjoner. Bindemidlet kan bli angrepet av sulfater og tilslaget kan bli angrepet av alkalier i sementen (AAR).
‒ Med vår kombinasjon av blåleire som pozzolan og aluminium som armering, er hverken armeringskorrosjon, sulfat-angrep eller AAR noe problem. Med den nye betongresepten blir motstanden mye bedre, forteller Danner.
Gjør gjerne en pilot for VA-bransjen
Nå er utfordring å få på plass en fullskala produksjon av blåleire som pozzolan. Sjefsforsker Justnes forteller at det produseres en slags leire ute i verden.
‒ I Colombia produserer de en sement med ganske høy andel kalsinert leire. Men vår Europeiske standard har vært et hinder for hvor mye, og hva, man kan erstatte sementen med. Erstatningen her i Norge har vært begrenset til nå, men kalsinert leire og vulkansk aske har nå kommet inn i det norske tillegget til den europeiske standarden. Ting skjer.
‒ Når tror du at den nye teknologien vil være tilgjengelig?
‒ Her er jeg litt usikker. Det er avhengig når kalsinert blåleire som pozzolan blir produsert i full skala.
‒ Hva med kostnader, vil den nye blandingen gi rimeligere produkter?
‒ Ja, på sikt håper vi at det kan bli rimeligere for vi sparer på materialer, og vi kan resirkulere aluminium. Levetiden er også viktig, det blir mindre kostnader enn vi har i dag. Hvis ikke kummer og rør må graves opp og erstattes vil vi spare utrolig mye i fremtiden.
Tobias Danner tok doktorgraden sin på kalsinert leire fra 2010 til 2013. Han søkte etter en god sementerstatning under veiledning av Harald Justnes.
‒ I dag er vi kollegaer. Dette var på en måte startskuddet, men vi var så vidt i gang litt før Tobias kom. Målsetningen den gangen var 30 prosent reduksjon av sementen, nå er vi oppe i 55 prosent erstatning. Det er et formidabelt kutt av sement som reduserer klimafotavtrykket i stor skala.
Kan kutte CO₂-utslippene med åtti prosent
Bruk av aluminium som armering er en del av prosjektet DARE2C (uttales: dare-to-see).
‒ Vi tenker ut av boksen og inn i fremtiden og er nå over i fase to med: DARE2C2 (dare-to-see-too…), forteller Harald Justnes.
DARE2C2 står for Durable Aluminium Reinforced Environmentally-friendly Concrete Construction, og det siste 2-tallet for fase 2. Prosjektet har SINTEF sammen med partnere fra Norcem, Overhalla Betongbygg, Oshaug Metall, Hydro, Dr. Techn. Olav Olsen, Nordic – Office of Architecture, Christie & Opsahl og Sika Norge, samt NTNU.
Sementproduksjon står for åtte prosent av verdens menneskeskapte CO₂-utslipp. Betongkonstruksjoner har dermed en tung andel av klimaregnskapet. Nå kan denne andelen krympes ved hjelp av teknologien som Harald Justens og Tobias Danner nylig fikk «SINTEFs pris for fremragende forskning» for. Duoens ferske betongteknologi er allerede tatt i bruk i Norge. Så langt på ei veibru over elva Grødøla i Sunndal kommune, og i inngangspartiet til Geitbåtmuseet i Heim. Nå legges det opp til at løsningen skal brukes i et trappesystem fra Abels gate i Trondheim og opp bakken til kjemiblokkene ved NTNU som en del av Campus-prosjektet.
‒ Er dette den store game changeren?
‒ Ja, det er en helt ny tanke å bytte ut stålarmeringen med aluminium. Det var Harald som fikk spørsmål av noen om man ikke kunne bruke aluminium som armering i betong. Det umiddelbare svaret var nei. Setter du inn aluminium i betong med pH 13,5 oppløser den seg til hvitt pulver, forteller Danner. Justnes klarte ikke å la dette spørsmålet fare. Han begynte å forske på muligheten for å erstatte noe av sementen med pozzolan for å få ned pH-verdien. Den første testen ble gjort i en liten kopp.
Nå kan det se ut som de to har gjort et banebrytende gjennombrudd som kan kutte CO₂-utslippene med hele 80 prosent. Det handler om å våge å se utover «boksen».
Alle veier fører til Rom
De gamle romerne utviklet kalkmørtel ved å varme kalkstein til 900 grader. Før romersk tid, brukte de leska kalk som herdet langsomt, mens romerne fant ut at man kunne blande inn vulkansk aske fra Vesuv.
‒ Tilsetningen fikk navnet Pozzolan og kommer fra byen Pozzuoli nær Napoli. Når man blandet inn pozzolanen ble betongen mye hardere. Romerne blandet også inn avsetninger av kiselgur, det er egentlig silikatskjelett fra alger. Det blir omtrent som silikatstøv som også er et eksempel på pozzolan, forteller Harald Justnes som er sjefsforsker i SINTEF.
Seniorforsker Tobias Danner sier at deres miks av blåleire og sement utnytter de samme pozzolan reaksjonene som i romersk betong, som de bygget Pantheonen i Roma med.
‒ Den ble bygget uten armering, og står like fin etter nesten 2000 år. Når armeringen korroderer sprenger den prosessen opp betongen og til slutt ramler konstruksjonen ned. I vår betong har vi byttet ut vulkansk aske med brent blåleire som vi tilsetter i pulverform. Men nylige forsøk med vulkansk aske fra Island ga like gode resultater. Vi har sett tilbake for å se fremover, sier Danner.
Justnes forteller at romerne stablet stein, og brukte betongen som bindemiddel. I det gamle rom var ikke rust eller korrosjon noe problem.
‒ Skal du bygge en bro i dag trenger du armering fordi betongelementene står i strekk, mens steinene hvilte på hverandre i trykkbuer i Romerriket. Romerne hadde derfor ikke behov for armering. Det er for å ta strekkreftene vi trengte stålet. Korrosjonsproblemet har vi fjernet ved å bruke aluminium i stedet for stål. I vanlig betong vil aluminium korrodere i løpet av kort tid, men i den nye betongblandingen holder aluminiumen til evig tid.