| dc.description.abstract | Sementproduksjon utgjør det tredje største CO2-utslippet i moderne tid og står for 8% av de globale utslippene med 4,1 milliarder metriske tonn årlig. Videre fører korrosjon av armeringsstål til reduksjon i funksjonalitet og levetid til det mest brukte armeringsmaterialet. Globalt forventes renovering av betonginfrastruktur å koste 100 milliarder dollar årlig. Det er derfor et betydelig behov for miljøvennlige, korrosjonsbestandige betongkonstruksjoner.
Korrosjon og klimaproblemene kan løses ved bruk av Supplmentary Cement Materials (SCM) og aluminiumsarmeringer. CO2-utslippet reduseres drastisk ved å erstatte høytutslippende sement med SCM som hyaloklastitt og kalsinert leire (CC), som har ingen eller betydelig reduserte klimautslipp. Selv om sementpastens alkalitet i konvensjonelle betongkonstruksjoner fører til aktiv korrosjon av aluminium, vil SCMs evne til å minimere alkaliteten i løsningen muliggjøre bruk av resirkulert aluminium. Betongstrukturen vil ytterligere dra nytte av den fremtidige overfloden av aluminiumslegeringer fra bilindustrien.
Denne masteroppgaven kartlegger potensialet for å bruke miljøvennlige betongkonstruksjoner hvor 55 % av sementen er erstattet med SCM og aluminiumslegeringene 6082 og 4xxxA, funnet i motorblokker, er brukt som armering. Betongkonstruksjonens potensial ble evaluert ved å bestemme konstruksjonens korrosjonsmotstand, studere grensesnittet mellom armering og betong og undersøke betongkonstruksjonens mekaniske bindestyrke.
Resultatene viste utmerket korrosjonsmotstand ved tilsetning av CaCl2 og bruk av hyaloklastitt som SCM. Videre viser bruk av industri-sement (ICEM) i betongkonstruksjoner lovende resultater for fremtidig forskning.
Utvikling av et nytt Flow-system reduserer støynivået med en faktor på 2,74 og injeksjonsintervallet med en faktor på 3,33, som fører til mer presise og pålitelige målinger. Bruk av Flow-system anbefales derfor til videre forskning.
Analyse av grensesnittet mellom armering og betong for prøver uten tilsatt CaCl2 viste dannelse av et sprøtt, porøst lag sammensatt av flere aluminiumoksider. Resultatene indikerer at 4xxxA-legeringer har bedre korrosjonsmotstand enn 6082-legeringer. Bedre korrosjonsmotstand kan skyldes en høyere Si-konsentrasjonen i 4xxxA-legeringer, som viser til en hemmende korrosjonseffekt. Selv om EDS ikke fant det forventede beskyttende silikatlaget ved tilsatt CaCl2 til betongen, ble laget indirekte funnet av GC-målinger. Silikatlaget økte betongens vedheft til armeringen. Adhesjonen og friksjonen ved små gropdannelser i armeringen bidro til at 6082-armeringen hadde en bedre bindestyrke sammenlignet med stålarmeringer. Sammenlignet med L-formede profiler, økte geometrien til glatte stenger bindestyrken på grunn av en homogen vedheft og mindre luftbobleakkumulering i grensesnittet mellom armeringsjernet og betongen.
Oppsummert indikerer resultatene at de nye betongkonstruksjonene med aluminiumsarmeringer og SCM har potensial til å erstatte mer konvensjonelle høytutslippende betongkonstruksjoner. Siden 6082 glatte stenger i den nye betongkonstruksjonen tilfredsstiller både kjemiske og mekaniske krav, har konstruksjonen et stort brukspotensial og vil bidra til å nå de globale klimamålene. | |
| dc.description.abstract | Cement production is responsible for the third-largest CO2-emission in modern times, accounting for 8% of worldwide CO2-emissions with 4.1 billion metric tonnes emitted yearly. Moreover, corrosion of reinforcing steel, the most widely used reinforcing material, reduces structural functionality and service life. Globally, renovating concrete infrastructure is anticipated to cost 100 billion dollars annually. Consequently, there is a considerable need for environmentally friendly, corrosion-resistant concrete constructions.
Using Supplementary cement materials (SCM) and aluminium reinforcements, the problem of greenhouse gas emissions and corrosion can be resolved. CO2-emissions are drastically decreased by substituting high-emitting cement with SCM such as hyaloclastite and Calcined clay (CC) that have no or significant reduced greenhouse gas emissions. Although the alkalinity of the cement paste in conventional concrete constructions leads to the active corrosion of aluminium, SCM's ability to minimise alkalinity will enable the use of recycled aluminium, further reducing greenhouse gas emissions. The concrete structure will further benefit from the future abundance of aluminium alloys in the automotive industry.
This master's thesis maps the potential for using environmentally friendly concrete structures where 55 % of the cement has been replaced with SCM, and the aluminium alloys 6082 and 4xxxA, found in engine blocks, have been used as reinforcement. The potential of the concrete structure was evaluated by determining the structure's corrosion inhibition, studying the interface between the reinforcement and concrete, and examining the concrete structure's mechanical bonding strength.
The results showed excellent corrosion resistance by the addition of CaCl2 and the use of hyaloclastite as SCM. Furthermore, using Industry cement (ICEM) in concrete structures revealed promising prospects for future research. By reducing the noise level by a factor of 2.74 and the injection interval by a factor of 3.33, developing a new Flow system improved the accuracy and reliability of the measurements and will therefore be suggested for further study.
Analysis of the interface between reinforcement and concrete for samples without additional CaCl2 revealed the production of a brittle, porous layer composed of multiple aluminium oxides. The results indicate that recycled alloy 4xxxA has good qualities and superior corrosion resistance than 6082 alloys. Better corrosion resistance was explained by a higher Si concentration in 4xxxA alloys, which has an inhibitory corrosion effect. Although the EDS did not identify the anticipated protective Si layer when CaCl2 was added to the concrete, the layer was indirectly detected by GC measurements. The silicate layer increased the concrete's adherence to the reinforcement. The adhesion and friction of minor pitting contributed to the 6082 reinforcement's superior bond strength compared to stainless steel reinforcements. Compared to L-shaped profiles, the geometry of smooth bars increased bond strength due to homogeneous adhesion and less air bubble accumulation at the interface between the reinforcing bar and the concrete.
In conclusion, the results indicate that the new concrete structures with aluminium reinforcements and SCM have the potential to replace more conventional CO2-emitting concrete structures. Since 6082 smooth bars in the new concrete structure satisfy both chemical and mechanical requirements, the structure has a high potential for application and will contribute to achieving Sustainable Development Goals. | |
