Kalsinert leire som sementerstatning

Abstract

Hensikten med denne oppgaven er å vurdere hvorvidt forskjellige typer leire er egnet til å erstatte sement i en viss prosentandel. Problemstilling: Er kalsinert leire et egnet supplementerende sementmateriale og pozzolan med tanke på styrkeegenskaper? Dette er et svært viktige tema grunnet sementproduksjonens høye CO2 utslipp og industriens behov for en naturlig pozzolan som kan brukes i betong.

Tre av leirene som ble bruk er blandingsleirer og er laget for hobbybruk/keramikk, mens den siste leiren er hentet fra grunnen i Gjøvik-området. Leirene ble tørket, knust og siktet på labben ved NTNU Gjøvik. De knuste leirene ble kalsinert i keramikkbegre i en ovn ved 700°C i 2 timer.

For å avgjøre om leirene er egnede pozzolaner ble prøveprismer støpt. Prøvestykkene ble delt i tre grupper. Der den første gruppen inneholdt 30% leire, 15% kalkstein og 55% sement. Den andre gruppen besto av 30 % leire, 70 % sement. I den tredje gruppen var det 52,7 % leire, 36,8 % kalkstein og 10,5 % hydratkalk. Prismenes bøyestrekk- og trykkfasthet ble testet etter 7 og 28 dagers herding iht NS-EN 196-1:2016. Resultatene fra fasthetsprøving ble sammenlignet med hverandre i tillegg til en referanse, for å vurdere hvorvidt leirene har bidratt til prøvenes fasthetsutvikling.

Resultatene viser at alle leirene har pozzolaniske egenskaper ved at prøvene med 30% leire har oppnådd høyere trykkfasthet enn referansen. Blåleireblandingen, rødleireblandingen og den lokale leiren har høyest trykkfasthet der sement er erstattet med 30% leire. Den hvite leiren, som har tilsetningsstoffer av kaolin, har høyest trykkfasthet i kombinasjon med 55% sement og 15% kalkstein. For blandingen uten sement har prøvestykkene vesentlig mindre fasthet, spesielt for leirene uten kaolin var fastheten veldig lav.

Det konkluderes med at leirene har evnen til å erstatte sement opp til 30%, uten at dette har en negativ innvirkning på trykkfastheten. Leiren som inneholder kaolin er best sammen med sement og kalkstein, mens de andre har høyere trykkfasthet uten kalkstein. Bøyestrekkfastheten er lavere for prøvene som inneholder leire, sammenlignet med referansen.

The purpose of this paper is to evaluate whether different types of clays are suitable for cement replacement. Research question: Is calcined clay a suitable supplementary cementitious material and pozzolan regarding strength properties? This is an important subject due to the large amount of CO2 emissions from cement production and the need for a natural pozzolan for use in concrete. Three of the clays used are mixes of several clays made for ceramic use, and the last one is a local clay from the Gjøvik region. The clays were dried, crushed and sieved in the lab at NTNU Gjøvik. The crushed clays were calcined in ceramic bowls in an oven at 700°C for 2 hours.

To decide whether the clays are suitable pozzolans test prisms were cast. The prisms were divided into three groups. The first contained 30% clay, 15% limestone and 55% cement. The second consisted of 30% clay and 70% cement. The third contained 52,7% clay, 36,8% limestone and 10,5% slaked lime. The prisms flexural- and compressive strength determined after 7 and 28 days of curing in accordance with NS-EN 196-1:2016. The results were compared to each other and a reference, to evaluate if the clays contributed to the strength development.

The results show that all the clays possess pozzolanic properties since the prisms with 30% clay achieved higher compressive strength than the reference. The blue clay mix, red clay mix and the local clay had the highest compressive strength were the cement is replaced by 30% clay. The white clay, which contained additives of kaolin, achieved the highest compressive strength in combination with 15% limestone and 55% cement. For the mix containing no cement, the strength was considerably lower, especially for the clays which contained no kaolin.

In conclusion the clays possess the ability to replace cement up to 30%, without it having a negative effect on the compressive strength. The clay containing kaolin achieves the best compressive strength in combination with cement and limestone, while the other clays are best without limestone. The flexural strength of prisms containing clay is lower than the reference.