Betongdimensjonering med resirkulert betong

Abstract

Betong benyttes over hele verden og har vært ett av de mest brukte byggematerialene i flere tiår. Det medfører at flere betongkonstruksjoner kommer til eller allerede nærmer seg slutten av sin levetid. Dette vil igjen gi mye betongavfall. Hoveddelen av dagens betongavfall benyttes som fyllmasse fordi det er enklere og færre krav å forholde seg til. NS-EN 206 tillater bruk av resirkulert betong som tilslag opp til en gitt prosentandel av totaltilslaget uten søknad om gitte kriterier er innfridd. Spørsmålet er, hvor mye dårligere blir trykkfastheten til ferdig herdet betong hvis 100 % av tilslaget er resirkulert betong?

For å bestemme om det er mulig å benytte 100 % resirkulert tilslag måtte det utføres en rekke tester på tilslaget, samt den ferske og herde betongen. Testene som ble utført på det resirkulerte tilslaget var siktekurve, vanninnhold og densitet. For fersk betong ble synkmål, luftinnhold og densitet målt. For herdet betong var det trykk- og densitetstest som ble gjennomført. De ulike forsøkene ble utført i henhold til gjeldende standard for hvert forsøk.

Resultatene fra laboratorieforsøkene viste at karakteristisk sylindertrykkfasthet for betong med 100 % resirkulert tilslag er 35 MPa. Dette er 5 MPa lavere enn betong med naturlig tilslag fra Årdal sandtak. Resultatet var tilfredsstillende basert på forsøkets størrelse. Ettersom det kun ble testet trykkfasthet på en liten prøvemengde med samme blandingsforhold, vil resultatene kun gi en representasjon for det gitte forsøket. Ideelt sett skulle det vært utført flere tester i flere omganger med resirkulert tilslag fra ulike kilder, samt med ulike blandingsforhold.

I beregningsdelen av oppgaven dimensjoneres bærekonstruksjonen til et lagerbygg, en bjelke og to søyler, for påførte laster. Disse lastene er beregnet basert på en teoretisk plassering på Gløshaugen i Trondheim. Tverrsnittene kontrolleres i brudd- og bruksgrense, i tillegg til at nødvendig armeringsmengde for både lengde- og bøylearmering bestemmes. Sylindertrykkfastheten på 35MPa, fra laboratorieforsøket for resirkulert betong, benyttes som karakteristisk trykkfasthet i alle beregninger. Kapitlene tilhørende beregningsdelen forklarer teorien bak dimensjonering av betongkonstruksjoner, henviser til formler i Eurokode 2 og fremstiller beregningenens resultater. Utledning av formler og detaljerte beregninger er vedlagt som vedlegg.

Lastene påaført konstruksjonen er beregnet ved bruk av Eurokode 0, Eurokode 1 del 1-1, Eurokode 1 del 1-3 og Eurokode 1 del 1-4. Det er tatt utgangspunkt i at bærekonstruksjonen ikke er forskyvelig ut av planet. Dette skyldes at flere like bærekonstruksjoner er plassert etter hverandre i lengderetningen til lagerbygningen, med lik avstand mellom hvert konstruksjonselement. For å gjøre denne forenklingen uten å regne på stabiliteten til hele konstruksjonen, vil strekkbånd i form av stålvaiere bli montert på skrå mellom konstruksjonselementene. Dette for å ta opp strekkreftene ut av planet. Det stilles flere krav til konstruksjonselementenes tverrsnitt og armering. Disse er forklart, aktivt benyttet i beregningene og drøftet underveis i dimensjoneringsdelen. For armering gjelder: overdekning, avstand mellom armering, minste armeringsareal, største armeringsareal, forankringslengde og omfaringsskjøter.

Etter å ha utført de nødvendige beregningene av konstruksjonselementene, stod vi igjen med en betongkonstruksjon av resirkulert betong. Med de oppgitte tverrsnittene og den bestemte nødvendige armeringsmengden tåler bjelken og søylene alle kombinasjonene av lastpåkjenningene i brudd- og bruksgrensetilstand.

Concrete is one of the most used construction materials in the world, and it has been for several decades. After a while when the concrete structures is getting demolished to free up space for new and interesting buildings in its place, a lot of concrete waste will be in need of recycling. Most of the concrete waste produced today is used as filler at a new construction site because of accessibility and cost. NS-EN 206 allows a certain percentage recycled concrete to be used as aggregate in concrete production if certain criteria is met. Question is, how will the compressive strength respond to exchanging ordinary aggregate with 100 % recycled aggregate?

To conclude this matter, there will be necessary to carry out several tests and experiments regarding recycled aggregate, freshly blended concrete as well as hardened concrete. Some of the tests that were carried out to test the properties of recycled aggregate were sieving, water content and density. There were conducted tests regarding the freshly blended concrete as well. These were consistency, air content and density. At both 3 and 28 days of hardening the hardened concrete were tested as well. The compressive strength and density were the only conducted tests at this point. All the different tests were carried out in accordance with the corresponding standardization.

The laboratory experiments resulted in characteristic cylinder compressive strength equal to 35 MPa with use of 100 % recycled aggregate. This value were approximately 5 MPa less than the corresponding compressive strength with natural aggregate from ̊Ardal sandtak. The result were great taking the experiments size into consideration. There were only carried out a few test in small test portions with the same mixing ratio. Regardless the results of the experiments, the findings cannot be used as research for every recycled concrete case. Ideally there should have been conducted several tests with recycled aggregate in different stages from different demolished buildings with a different mixing ratio.

After establishing the characteristic cylinder compressive strength, the design part of the thesis could begin. In this part there will be designed a load bearing structure consisting of one beam and two columns based on the design load. The loads are calculated based on the geological location Gløshaugen in Trondheim. Both cross sections will be designed in both ultimate and serviceability limit state in addition to associated longitudinal and stirrup reinforcement. Both the beam and the column will be designed with the same cylinder compressive strength as established earlier in the laboratory. The design part of the thesis contains theory and calculations with formulas from EC 2 with corresponding results.

The design loads are calculated according to Eurocode 0, Eurocode 1 part 1-1, Eurocode 1 part 1-3 and Eurocode 1 part 1-4. The load bearing structure is assumed to be non-displaceable out of the plane. This assumption is made because multiple similar structural elements are arranged consecutively in the longitudinal direction of the building, with equal spacing between each structural element. To simplify the thesis there will be no calculations regarding the stability of the entire structure. To absorb the tensile forces out of the plane there will be installed tension bands between the structural elements. Various requirements are imposed on the cross-sections and reinforcement of the structural elements. These requirements are explained, used, and discussed throughout the calculations of the design part of the thesis. Regarding reinforcement, the following criteria are taken into consideration: concrete covering, spacing between reinforcement, minimum reinforcement area, maximum reinforcement area, anchorage length and lap splices.

After all the necessary calculations are done the construction consists of one beam and two columns cast with the same compressive strength as the recycled concrete from the laboratory experiment. With the given cross section and the calculated necessary reinforcement, will the construction be able to meet the criteria for every possible combination of loads in both ultimate and serviceability limit state.