Vähähiilisen betonin ominaisuuksien huomioiminen uudisrakentamisen rakennesuunnitteluvaiheessa
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2023-06-12
Department
Major/Subject
Structural Engineering
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Building Technology (CIV)
Language
fi
Pages
76 + 2
Series
Abstract
Diplomityön tavoitteena oli tutkia vähähiilisen betonin ominaisuuksien huomioimista uudisrakentamisessa rakennesuunnitteluvaiheessa. Tärkeitä tekijöitä suunnittelijalla on vähähiilisen betonin saatavilla olevat rasitusluokat, lujuuden kehitys ja lujuusluokat. Työn lopputuloksena luotiin taulukot, joista suunnittelija voi helposti katsoa missä vähähiilisyysluokassa haluttua betonilaatua on tällä hetkellä saatavilla. Työssä käsitellään myöskin kattavan kuvan saamiseksi sitä, mistä betonin hiilidioksidipäästöt muodostuvat ja miten niitä voidaan vähentää. Työ toteutettiin kirjallisuuskatsauksena ja asiantuntijoiden haastatteluna. Betonin hiilidioksidipäästöjä voidaan alentaa monella eri tavalla. Sementin valmistuksessa vapautuvasta hiilidioksidista johtuu suurin osa betonin hiilidioksidipäästöistä, minkä vuoksi tällä hetkellä tehokkain tapa hiilidioksidipäästöjen vähentämiseen on sementin korvaaminen seosaineilla. Tulevaisuudessa on mahdollista hiilidioksidipäästötön sementti, joka toimii normaalin sementin tapaan. Tällä hetkellä vähähiilinen betoni valmistetaan suurilta osin masuunikuonaa käyttämällä sementin sijasta, koska sitä voidaan käyttää suurempia määriä seosaineena betoninormien mukaan. Masuunikuonan vaikutuksesta betonin ominaisuudet hieman muuttuvat. Masuunikuonan käytön haasteet tulevat esiin hitaampana lujuuden kehityksenä, talvibetonoinnissa pienempänä hydratoitumislämpönä ja heikompana pakkassuolakestävyytenä verrattuna normaaliin sementtiin. Tulevaisuudessa seosaineiden, kuten masuunikuonan, saatavuus ei tule riittämään kasvavaan kysyntään, minkä vuoksi muiden päästövähennyskeinojen, kuten hiilidioksidipäästöttömän sementin, merkitys korostuu. Suurimmat hiilidioksidipäästövähennykset vähähiilisellä betonilla saadaan aikaan, kun rakennuskohteen suuret betonivolyymit toteutetaan vähähiilisyysluokituksen mukaisella betonilaadulla. Hitaamman lujuudenkehityksen ja hydratoitumislämmön vuoksi talvirakentamisessa ei saada niin suuria hiilidioksidivähennyksiä kuin kesärakentamisessa. Suurivolyyminen rakenne on esimerkiksi talo- ja toimistorakennuksessa rakennuksen runko. Vähähiilistä betonia on helppoa käyttää sisärakenteissa ja perustuksissa, joiden betonimenekki on suurta talorakentamisessa. Sisärakenteiden ja perustusten rasitusluokat ovat pääosin X0, XC1 ja XC2. Rasitusluokan betoneita on saatavilla jopa GWP.40 vähähiilisyysluokassa. Vähähiilisen betonin käyttö on haastavinta pakkassuolarasituksen alaisissa rakenteissa, joissa vähähiilistä betonia on saatavilla helpohkosti ainoastaan GWP.70 vähähiilisyysluokkaan asti masuunikuonan heikentävän vaikutuksen vuoksi. Erikoisrakenteissa, joissa betonimäärät ovat pieniä, on viisasta hyödyntää normaalia rakennebetonia ja suurissa volyymikohteissa vähähiilistä betonia.The main goal of the thesis was to investigate how to take into account the characteristics of low-carbon concrete during the structural design phase in new construction. Important factors for the designer are the exposure classes, strength development and strength classes of available low-carbon concretes. As a result of the thesis tables were created from which the designer can easily see in which low-carbon class the desired concrete is currently available. In order to get a comprehensive picture, the thesis also includes where concrete's carbon dioxide emissions are formed and how they can be reduced. The thesis was carried out as a literature review and an interview with experts. Concrete's carbon dioxide emissions can be reduced in many different ways. Most of concrete's carbon dioxide emissions are caused by the carbon dioxide released during cement production which is why the most effective way to reduce carbon dioxide emissions at the moment is to replace cement with supplementary cementitious materials. In the future carbon dioxide-free cement that functions like normal cement will be possible. Low-carbon concrete is currently largely produced using blast furnace slag instead of cement because it can be used in the largest quantities as a supplementary cementitious material according to concrete standards. Due to the influence of blast furnace slag the properties of concrete change slightly. The challenges of using blast furnace slag come out in the form of slower strength development, lower heat of hydration, and weaker resistance to frost-salt stress compared to normal cement. In the future, the availability of supplementary cementitious materials such as blast furnace slag will not be sufficient for the growing demand which is why the importance of other means of reducing emissions will be emphasized such as carbon dioxide-free cement. The largest carbon dioxide emission reductions with low-carbon concrete are achieved when in the large concrete volumes low-carbon concrete is used. In winter construction carbon dioxide reductions are not as large as in summer construction due to slower strength development and heat of hydration. A large volume structure is for example the frame of the building. Low-carbon concrete is easy to use in interior structures and foundations which has large volume of concrete. Their exposure classes are mainly X0, XC1 and XC2. In these exposure classes concretes are available up to GWP.40. The use of low-carbon concrete is most challenging in structures under frost-salt stress, where low-carbon concrete is easily available only up to the GWP.70 due to the weakening effect of the blast furnace slag. In special structures where the amount of concrete is small it is wise to use normal structural concrete and low-carbon concrete in large volume structures.Description
Supervisor
Punkki, JouniThesis advisor
Aho, TapioKeywords
vähähiilinen betoni, uudisrakentaminen, rakennesuunnittelu, seosaineet, betonin hiilidioksidipäästöt