Innovasjonssenteret COIN

Transkript

1 Innovasjonssenteret COIN Utvikling av mer attraktive bygninger og anlegg i betong Tor Arne Martius-Hammer, Senterleder Klaartje De Weerdt, delprosjektleder SINTEF Byggforsk 1

2 COIN - Concrete Innovation Centre Byggenæringen vant et av 14 sentre for forskningsdrevet innovasjon (SFI) - Forskningsrådets store satsing på sterke internasjonale forskningsmiljø SINTEF leder det 8-årig programmet ( ) med en ramme på 220 mill der NTNU og 10 bedrifter som representerer hele verdikjeden deltar SINTEF Byggforsk 2

3 Visjon Attraktive betongbygg estetisk funksjonelt fleksibelt robust kostnadseffektivt bedre arbeidsmiljø industrialisert bygging miljøvennlig godt inneklima energieffektivt SINTEF Byggforsk

4 Folk Ca 25 forskere fra SINTEF, NTNU og industrideltagerne 15 PhD studenter MSc studenter 2 utenlandske gjesteforskere Formalisert samarbeid med 10 utenlandske organisasjoner SINTEF Byggforsk 4

5 Kunnskapsformiddling 27 State-of-the-art rapporter (teknisk status innen et gitt fagområde) Ca 100 internasjonale artikler 4 internasjonale workshops Mange artikler, etc i norsk fagpresse SINTEF Byggforsk 5

6 Fokusområder Miljøvennlige 1.Bindemidler med lavt CO 2 -utslipp og ressursforbruk 2.Utnyttelse av betong i lavenergi byggekonsept Konkurransedyktig utførelse 1.Robust høyflytbetong Overflatespesifikasjoner 2.Høystrekkfast (15 MPa) duktil betong fiber 3.Høykvalitets maskinsand Teknisk ytelse 1.Rissfrie 2.Levetid 3.Hybride konstruksjoner isabrasjon SINTEF Byggforsk 6

8 Miljøvennlige Hovedkilder til menneskeskapt CO 2 oppvarming/ elektrisitet 35% andre 19% transport 24% produksjon 17% sement 5% Global CO2 production. (Note that in the U.S., cement accounts for 1.5 to 2%). Source: The Cement Sustainability Initiative Progress Report, June Sementindustrien står for 5-8% av total menneskeskapt CO 2 SINTEF Byggforsk 8

9 Miljøvennlige Hovedkilder til menneskeskapt CO 2 Hvordan redusere CO 2 utslippet? oppvarming/ elektrisitet 35% andre 19% transport 24% produksjon 17% forbrenning 40% kalsinering 50% 10% Global CO2 production. (Note that in the U.S., cement accounts for 1.5 to 2%). Source: The Cement Sustainability Initiative Progress Report, June Alternativ brensel 2. Ny klinker-type 3. Erstattet en del av klinkeren - flygeaske - slag - kalksteinsmel tilgjengelighet!! SINTEF Byggforsk 9

10 Miljøvennlige Bindemidler med lavt utslipp og ressursforbruk 1. Flygeaske-kalkstein sement (PhD ferdig) 2. Akselerator flygeaske cement (PhD) 3. Alternative pozzolaner kalsinert Mergel Synergisk effekt Økt betongstyrke Høyere andel sement kan erstattes Redusert CO 2 -utslipp SINTEF Byggforsk 10

11 Miljøvennlige Bindemidler med lavt utslipp og ressursforbruk 1. Flygeaske-kalkstein sement (PhD ferdig) 2. Akselerator flygeaske cement (PhD) 3. Alternative pozzolaner kalsinert Mergel med akselerator uten akselerator Bladingssementer kan være seintreagerende Utvikling av akseleratorer for herding og avforming SINTEF Byggforsk 11

12 Miljøvennlige Bindemidler med lavt utslipp og ressursforbruk 1. Flygeaske-kalkstein sement (PhD ferdig) 2. Akselerator flygeaske cement (PhD) 3. Alternative pozzolaner kalsinert Mergel Dette kan løse et resursproblem: Mangel på pozzolaner når global produksjon av blandingssementer øker SINTEF Byggforsk 12

14 Tradisjonell bruk av termisk masse Bilde: SINTEF Byggforsk

15 Miljøvennlige Utnyttelse av betong i lavenergi byggekonsept Moderne kontorbygg Store glassarealer Store mengder ventilasjonsluft Mye elektrisk lys og utstyr Kjølesystemer Resultat: Høyt energiforbruk oppvarming/ elektrisitet 35% andre 19% transport 24% sement 5% produksjon 17% Global CO2 production. (Note that in the U.S., cement accounts for 1.5 to 2%). Source: The Cement Sustainability Initiative Progress Report, June SINTEF Byggforsk 15

16 Miljøvennlige Utnyttelse av betong i lavenergi byggekonsept Termisk masse Dokumentert at termisk masse-konseptet virker på kjøling av næringsbygg, dvs. kjøling uten energibruk Isolasjonskonsept og faseendringsmaterialer Potensial for utvikling av betong i kombinasjon med nanomaterialer/nanoluft: Isolerende betong Faseendrende materialer: Økt energilagringskapasitet SINTEF Byggforsk 16

17 Fokusområder Miljøvennlige 1.Bindemidler med lavt CO 2 -utslipp og ressursforbruk 2.Utnyttelse av betong i lavenergi byggekonsept Konkurransedyktig utførelse 1.Robust høyflytbetong Overflatespesifikasjoner 2.Høystrekkfast (15 MPa) duktil betong fiber 3.Høykvalitets maskinsand Teknisk ytelse 1.Sprekkfrie 2.Levetid 3.Hybride konstruksjoner isabrasjon SINTEF Byggforsk 17

18 Konkurransedyktig utførelse Stabil og robust høyflytsbetong Selv Komprimerende Betong (SKB) fyller formen uten behov for vibrering Bruk av SKB fører til: Bedre fylling av formen Bedre arbeidsmiljø akseptabel uakseptable SKB er lite brukt - utforderingen er stabilitet Sammenligne forkjellige måter for å stabilisere SKB og studere effekten på reologien og overflatekvaliteten Utvikle en robust SKB som tåler variasjonene i produksjonen PhD fundamentelt arbeid på stabilitet av betong SINTEF Byggforsk 18

19 Konkurransedyktig utførelse Klassifisering av overflatekvalitet Det finnes per dags dato ingen norske systemer for objektivt å beskrive ønsket utseende av en betongoverflate støpt mot forskaling COIN utvikler klassifikasjonsmetoder og system. Systemet definerer kvalitetsklasser i henhold til pore- og porestørrelsesfordeling samt jevnhet av gråtone. BetongGUI Porer Gråtone SINTEF Byggforsk 19

20 Samarbeid med SVV Konkurransedyktig utførelse Klassifisering av overflatekvalitet Prosjekt ved Askim Porten - overflatebehandling betongelementer SINTEF Byggforsk 20

22 Konkurransedyktig utførelse Høystrekkfast (15 MPa) duktil betong (3 PhDs) Bruk av fiberarmering vil kunne effektivisere konstruksjonsprosessen og øke betongens duktilitet sammenlignet med stavarmering. Utfordringer Fiberfordeling Bruksområder Beregnings- og Produksjonsmetoder Prøvingsmetoder Pålitelige prøvingsmetoder og retningslinjer bruk, design og kontroll COIN's mål utvikle høystrekkfast betong med strekkfasthet lik 15 MPa SINTEF Byggforsk 22

24 Konkurransedyktig utførelse Høykvalitets maskinsand (1 PhD) Naturlige sandressurser begynner å bli kritisk begrensede, men Norge er velsignet med mange gode fjellressurser som kan egnes til produksjon av maskinsand. Utfordringer Muligheter Bergtype Knuseteknologi Reseptutvikling Økt miljøgevinst ved produksjon og bruk av knust tilslag bl.a. grunnet nærhet til markedet og integrert produksjon. SINTEF Byggforsk 24

26 Teknisk ytelse Rissfrie Rissfrie konstruksjoner er av stor betydning for: Betongens levetid Betongens estetiske uttrykk COINs fokus: Utvikling av nye spennings- og svinnrigger, og prosedyrer Materialegenskapenes innvirkning på oppsprekking i tidlig alder - bl.a. effekten av flygeaske (PhD) SINTEF Byggforsk 26

28 Mål Teknisk ytelse Levetid Økt pålitelighet av levetidsmodeller Økt levetid miksdesign COIN fokuserer er på: Kloridinitiert korrosjon Alkali-Silika-Reaksjoner armeringskorrosjon ASR SINTEF Byggforsk 28

29 Strukturens tilstand Teknisk ytelse Levetid kloridinitiert korrosjon Tid (etter Tuutti 1982) Initieringsperiode intrenging korrosjonsinitiering Propageringsperiode korrosjonshastighet innvirkning 1. Kritisk klorid innhold (PhD ferdig) 2. Elektrisk ledningsevne (PhD) 3. Mekanismer for kloridintrenging (PhD) 4. Påvirking av korrosjon på bæreevne (PhD) SINTEF Byggforsk 29

32 Strukturens tilstand Teknisk ytelse Levetid kloridinitiert korrosjon Tid (etter Tuutti 1982) Initieringsperiode intrenging korrosjonsinitiering Propageringsperiode korrosjonshastighet innvirkning FE modell 1. Kritisk klorid innhold (PhD ferdig) 2. Elektrisk ledningsevne (PhD) 3. Mekanismer for kloridintrenging (PhD) 4. Påvirking av korrosjon på bæreevne (PhD) SINTEF Byggforsk 32

33 Utvikling av pålitelige, akselererte labmetoder for funksjonsprøving Består ut av to deler: Teknisk ytelse Levetid Alkali-Silika-Reaksjoner (PhD) Dokumentere og evaluere effekten av forskjellige lagringsforhold på fuktinnhold, alkaliutluting og ekspansjon. Dokumentere forskjellige tilslag/bindemiddel kombinasjoner. Sammenligning lab og felt SINTEF Byggforsk 33

35 Teknisk ytelse Betong i arktiske miljø (PhD) Sakhalin feltet Isabrasjon av i nord Skaftene til betongkonstruksjonen på Sakhalin-feltet er utsatt for pakk-is med tykkelse opp til 1,5 meter Tideligere beskyttet et stållag abrasjonssonen dyrt/skrelles av Utviklet isabrasjonsutstyr er utviklet hvor nye betongsammensetninger er testet ut hvorpå levetid er modellert Dette har muliggjort konstruksjoner uten stålbeskyttelse SINTEF Byggforsk 35

36 Teknisk ytelse Hybride konstruksjonselementer (PhD) Kombinasjon av ulike typer betong i samme tverrsnitt Normalbetong i trykksone Lengdearmering tar strekk-kreftene Fiberarmert lettbetong som fyllmateriale for å senke egenvekt Motivasjon Optimalisering av vekt og lastkapasitet SINTEF Byggforsk 36

37 Teknisk ytelse Utvikling av super LWA(C) (2 PhD) Lettbetong kan være opptil 50% lavere i densitet enn tradisjonell betong bruk av porøse lett-tilslag Positive egenskaper Termiske- og lydisolerende Redusert dødvekt av konstruksjon 6 mm Utfordringer Suger vann: kontroll av ferske egenskaper belegge på tilslaget for å redusere vannopptaket (hydrofobering) Styrke utvikling av blåleirebasert lett-tilslag med høy styrke Materialegenskaper for dimensjoner og beregninger SINTEF Byggforsk 37

40 Takk for oppmerksomheten! Se for mer informasjon SINTEF Byggforsk 40