With the pressure on the construction industry to lower CO2 emissions it has become increasingly important to utilise materials that supplement Portland cement (CEM I) in concrete. These include additions such as ground granulated blast-furnace slag (GGBS) and fly ash, which have found greater use due to the benefits they provide to many properties of the material (in addition to environmental impact). While studies have investigated these materials in binary blends with CEM I, little work has examined the effect of combining materials in ternary blend concretes. A wide-ranging study was, therefore, set up to examine this for the range of more commonly available additions. This thesis reports on research carried out to investigate the effects of cement combinations based on CEM I / GGBS with either fly ash or limestone. The experimental programme investigated these materials in both paste and concrete and covered fresh properties, compressive strength, permeation and durability properties (using standard water curing for the latter three) and considered, for the hardened properties, how these may be balanced with environmental cost. The mixes covered a range of w/c ratios (0.35. 0.50 and 0.65), which was the main basis of comparison, and combinations of CEM I with GGBS (at levels of 35%, 55% and 75%), and fly ash and LS part-replacing this (at levels of 10 to 20 % and 10 to 35% respectively), after consideration of the relevant standards and related research. The initial phase of the study examined the characteristics of the materials, which indicated that they conformed to appropriate standards and were typical of those used in the application. Studies with cement paste (0.35 and 0.50 w/c ratio) indicated that there were reductions in water demand with the use of addition materials (binary and ternary) compared to CEM I. The setting times of the cement pastes were also affected, generally increasing with GGBS level for the binary mixes, although the effect was influenced by w/c ratio. Whilst fly ash and limestone delayed setting at the higher w/c ratio, the opposite occurred as this reduced, compared to the binary mixes. It was also found that the yield stress increased with GGBS level and further with the addition of ternary materials (particularly limestone) compared to CEM I. The superplastiser (SP) dosage requirement in concrete was found to decrease with increasing w/c ratio, and ternary additions reduced this compared to binary and CEM I concrete with the effect most noticeable at low w/c ratio. Early strength development was less than CEM I for binary concretes and differences increased with GGBS level. Improvements with the introduction of fly ash compared to the binary concretes were noted with increasing GGBS levels and w/c ratio. In general, the addition of LS gave reduced early strength for all concretes. Although at the 35% GGBS level binary concretes achieved similar strength to those of CEM I, the others generally gave reductions at all ages to 180 days, with differences increasing with GGBS level. However, with increasing w/c ratio and GGBS level improved strength development of ternary concretes, was noted compared to those of CEM I from 28 days. Permeation (absorption (initial surface absorption and sorptivity) and permeability (water penetration and air permeability)) and durability properties (accelerated carbonation and chloride ingress) of the test concrete were also investigated. At 28 days, for low GGBS levels, the binary concretes gave reduced absorption properties compared to CEM I, while the reverse occurred at high level. The effect of the ternary concretes gave further improvements at the lower GGBS levels and with increasing w/c ratio and curing time compared to CEM I. At the higher GGBS level the effect of the ternary additions was less noticeable but, in the case of limestone, improvements were still seen with increasing w/c ratio compared to CEM I. Similar effects were noted for the sorptivity results. The air permeability results gave higher values at 28 days for the binary and ternary concretes compared to CEM I, but significant improvements in the long-term at the lower GGBS level across the range of w/c ratios compared to CEM I concrete. Similar trends were found with water penetration tests. Accelerated carbonation increased with GGBS level for binary concretes compared to CEM I. These differences increased further with the introduction of fly ash and LS, particularly the former. In contrast rapid chloride tests indicated improvements with increasing GGBS levels compared to CEM I and further benefits with the inclusion of fly ash and limestone. Embodied CO2 (ECO2) was calculated based on published British Cement Association (BCA) values for each component of the mix and was shown to reduce with increasing w/c ratio and addition level in concrete. For concrete of an equal strength of 40N/mm2 the ECO2 could be almost halved (reduced from 343 kg/m3 for the CEM I to 176 kg/m3) for the ternary concretes at higher GGBS levels. These combination concretes also gave enhanced durability with regard to chloride ingress and at the lower w/c ratio comparable properties to CEM I in the case of carbonation. Overall, the results suggest that there is potential for ternary concretes to be used in the concrete industry given their ability to reduce ECO2, without compromising strength, permeation and durability properties of concrete.

L'industrie nucléaire est une industrie génératrice de déchets, dont certains sont radioactifs. Ces déchets radioactifs ont des formes et des origines diverses, allant de la paire de gant de manutention faiblement contaminés, à la suspension aqueuse de produits de fissions hautement radioactifs. Dans ce travail, un type de déchet bien particulier a été étudié ; des boues issues de la décontamination d'effluents liquides radioactifs, possédant entre autres les trois particularités suivantes ; * Etre moyennement radioactif, selon les critères de l'ANDRA. * Etre composé d'une forte teneur en eau de constitution (ne pouvant être retirée par simple évaporation) ; * Etre composé d'un sorbant (PPFeNi) dont la stabilité chimique n'est pas assurée pour un pH supérieur à 11. Ces particularités font qu'un enrobage dans une matrice minérale forte consommatrice d'eau, et bas-pH (pH < 11) est envisageable. Le choix c'est alors porté sur le développement d'une matrice ettringitique réalisée à partir d'un mélange de Ciment d'Aluminate de Calcium (CAC) et de sulfate de calcium. Dans un premier temps, la stabilité du sorbant du césium utilisé dans cette étude a été testée dans différents environnements de pH (2 à 14) et de température. Pour cela des analyses chimiques de solution ainsi que des caractérisations du composé par diffraction de rayons X, FTIR et microscopie électronique à balayage-EDS ont permis de fixer les bornes de stabilité que la formulation ettringitique doit avoir. Puis une étude microstructurale (nature et morphologie des produits) de mélanges ettringitiques binaires CAC/sulfate de calcium type hémihydrate et/ou anhydrite a été effectuée afin de caractériser la stabilité de l'ettringite, hydrate fort consommateur d'eau. Les propriétés bas-pH ont été vérifiées notamment par analyse chimique de solutions porales. Certaines limites de ces systèmes concernant le dégagement de chaleur et la possible formation de systèmes expansifs ont été mises en évidence. L'effet de l'augmentation du rapport eau/liant, responsable d'un effet de dilution et permettant de réduire les deux effets précédents, a été également regardé pour ces systèmes binaires. Afin de réduire la chaleur dégagée à court terme tout en permettant le développement de l'hydratation à long terme de systèmes ettringitiques, ces systèmes binaires ont été substitués par des additions minérales à hydraulicité latente type laitier de haut fourneau. Une étude microstructurale de la réactivité du laitier et de la modification de l'assemblage ettringitique a montré une réactivité modérée de ce dernier à jeune âge conformément aux attentes. Pour favoriser sa réactivité à long terme par activation alcaline/sulfatique différentes proportions de sulfate de calcium à dissolution plus lente ont été testés. Les caractéristiques microstructurales de ces systèmes ternaires en présence de différentes teneurs en eau intrinsèquement liée à la nature de type boue du déchet a été étudiée. Enfin, les différentes informations sur l'effet des paramètres de formulation obtenues ont débouché sur la mise en place de tests sur des formulations contenant un déchet simulé inerte et enrichi en chlorures. Des essais systématiques de fluidité, de résistances mécaniques et pour certains d'entre eux d'expansion et de dégagement de chaleur doivent permettre d'identifier une série de mélanges adaptés au test à l'échelle de prototype industriel pour la cimentation de boues. / Nuclear industry generated waste including radioactive wastes, which have different forms and origins. The wastes produced by reprocessing of nuclear fuel are characterized by important water content, by high pH and temperature sensitivity. The cementation in ettringite systems might be a promising solution to solidify radioactive wastes. Mixtures of Calcium Aluminate Cement (CAC) and calcium sulfate are planned to be used, instead of Ordinary Portland Cement (OPC), to form a significant amount of ettringite able to catch water molecules when forming. Moreover, due to the low pH of CAC-based matrices, the latter have a good compatibility with the compounds used to stabilize active elements. Initially, the stability of the sorbent of cesium used in this study was tested in different pH environments (2 to 14) and temperature. Chemical analysis and different microstructural characterizations like X-ray diffraction, FTIR and SEM-EDS have allowed to set stability limits of ettringite systems. Then microstructural study on binary systems composed by mixture of CAC/calcium sulfate (hemihydrate and/or anhydrite) was realized to characterize ettringite stability during the time of hydration. Low pH properties were checked by chemical pore solutions analysis. However, the heat generated by hydration and the possible formation of expansive systems require an increase of e/s ratio and additional components like Ground Granulated Furnace Slag (GGBS). These two parameters were studied subsequently. Microstructural study of GGBS reactivity and the modification of ettringite assemblage were showed that GGBS act as filler at early time of hydration. To promote the GGBS reactivity at long term of hydration by alkaline and sulfate activation, different nature of calcium sulfate was used. Then the microstructural characteristic of this ternary system in presence of different e/s ratio was studied. Finally, different information on the effect of formulation parameters obtained led to the development of tests on formulations containing an inert simulated waste and enriched in chlorides. Systematic tests of fluidity, mechanical strength and for some expansion and heat generation should identify a series of mixtures adapted to test prototype to industrial scale for cementing wastes.

Cement-less and/cement-like geopolymer mortars were made with pulverised fuel ash (PFA) or ground granulated blast furnace slag (GGBS) activated by alkali with different alkali moduli (AM) and alkali dosage (AD). Once synthesised the samples were cured at 20°C and 70°C up to 28 days. The flexural and compressive strengths of these samples at early ages up to 28 days were tested conforming to BS EN196-1:2005. The electrical resistivity of these materials was monitored using a set of non-contacting electrodes to the age up to 7 days to characterise the geopolymerisation process from a physical phenomenon point of view. The effects of AD and AM on the early-age mechanical strengths and electrical resistivity of geopolymer materials were examined from the experimental results. The correlation between strength development and electrical resistivity was studied. The geopolymerisation process was characterised by a 5-stage model, based on electrical resistivity, analogue to hydration process of Portland cement. This research therefore proposes an alternative method for characterisation of geopolymerisation of geopolymers different from traditional methods based on chemistry. It is expected that such a physical phenomenon model will be better accepted by structural engineers for better promotion of usage of geopolymer composites, a type of low carbon and more sustainable binder-based materials, in construction.

No / The presence of free water in mortars destined for silo or bagged storage can lead to the degradation of the binder phase. Such water may be present as a result of using wet, as-delivered sand or as a consequence of prior processes such as de-activation of Roman cement. Thus, water must be removed from the system prior to storage. Part 1 of this paper describes the control of a technique by which quicklime is added to the wet system which principally dries it by both slaking the quicklime and evaporation as a consequence of the exothermic slaking reaction. Two examples of mortars are presented in which excess water is removed from the system by the inclusion of quicklime. In the first, the water is present in the as-delivered sand and the binder is a combination of the slaked lime and ggbs. In the second, the water remains after pre-hydration of a Roman cement which is a process to retard its rapid setting characteristics. It is shown that optimally dried mortars are not subject to degradation following storage of both mortar types. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Globala klimatförändringar har lett till ökat intresse inom byggsektorn för att minska dess klimatpåverkan genom klimatsmarta lösningar. Vidare, har Sverige ett klimatmål där alla branscher inklusive byggbranschen förväntas vara klimatneutrala år 2045. En av mest använda samt viktigt byggmaterial är betong och dess klimatpåverkan varierar beroende på sammansättningen. Betongens klimatpåverkan är främst kopplad till cementproduktion vilket över 90 procent av koldioxidutsläppen kommer från cementtillverkning. För att minska klimatavtrycket på betong, används olika metoder, där en av metoderna är att minska andelen cement i betongblandningen genom att använda sig av alternativa bindemedel såsom masugnsslagg som en biprodukt från järnproduktion. Det används som ett bindemedel och kan ersätta en del av Portlandcementet. Medan användning av slagg påverkar betongens hållfasthetsutveckling under tidig härdningsstadier genom att utvecklas långsammare och detta beror på att slagg har en lägre värmeutveckling jämfört med portlandcement. Betongföretag står inför en utmaning där de vill minska betongens klimatpåverkan genom att använda sig av slagg i sin betongblandning samtidigt som de vill öka produktionen på grund av ekonomiska och effektivitetsmässiga skäl. Dessutom en av de vanligaste metoder som används för att påskynda den tidiga härdning stadiet för betong är värmebehandling. Denna metod kan också används för att producera snabbare och effektivare klimatreducerande betong. Syftet med detta arbete är att undersöka värmebehandlings påverkan hos slaggbetong beroende på varierande temperaturer samt värmebehandlingstider.    Metoden som tillämpas i detta arbete är baserad på kvantitativa analyser. Den innefattar gjutning av betong med olika sammansättningar samt värmebehandling med varierande härdningstemperaturer respektive värmebehandlingstider. Vidare, jämförs värmebehandlings effekt och hållfasthetsutvecklingens effekt hos slaggbetong i förhållande till rent portlandcement. I detta arbete ersätts portlandcement med 50% samt 70% GGBS i blandningsförhållande. För att möjliggöra en jämförelse av de mekaniska egenskaperna, används referensbetong där ingen ersättning sker. Ytligare, i arbetet används tre olika värmehärdnings temperatur som 20°C, 50°C samt 65°C under 2h, 4h och 8h härdningstid.    Resultaten visade slaggbetong har ett långsammare hållfasthetsutveckling jämfört med portlandcement vid rumstemperatur. När både slagg-och referensbetong utsätts för värme under olika härdningstider visade sig att värmehärdningstemperatur har en försumbar effekt på den tidig hållfasthet hos referensbetong medan ett negative effekt på senare ålderns hållfasthet. Men när slaggbetong utsätts för värme påverkas den tidigt hållfasthet positivt och hade lite positive inverkan på den normhållfastheten vid 28 dagar.     Dessutom resultaten visade att det fanns ett samband mellan härdningstemperatur samt slaggersätning och sambandet innebär att ökad slagg-andel och högre härdningstemperatur medför en ökad tryckhållfastheten i tidigt och senare åldern hos den betong som har större slagg-andel jämfört med portlandcement. Ytterligare, indikerar resultatet att längre exponering och höga temperaturer medför en ökad tidig tryckhållfasthet hos slaggbetong medan längre exponering vid högre temperaturer minskar hållfastheten hos referensbetong / Global climate change has led to increased interest in the building sector to reduce its climate impact through climate smart solution. Furthermore, Sweden has a climate goal where all industries, including the building sector, are expected to be climate neutral by 2045. One of the most used and important construction materials is concrete, and its climate impact varies depending on the cement production, with over 90 percent of CO2 emissions coming from cement manufacturing. To reduce the carbon footprint of concrete, various methods are used, one of which is to reduce the proportion of cement in the concrete mix by using alternative binders such as ground granulated blast furnace slag (GGBS), a by Product from steel production, it is used as a binder and can replace a portion of Portland cement. While the use of slag affects the early-stage strength development of concrete by developing slower due to its lower heat development of compared to Portland cement. Concrete companies face a challenge where they aim to reduce the climate impact of concrete by using GGBS in their concrete mix while also increasing production due to economic and efficiency reasons. Additionally, one of the most common methods used to accelerate the early curing stage for climate-improved concrete is heat treatment. This method is used to produce faster and more efficient climate reducing concrete. The purpose of this study is to investigate the impact of heat treatment on GGBS concrete depending on different temperatures and curing times. The method applied in this study is based on quantitative analyses. It involves molding concrete with different composition and heat treatment with different curing temperatures and curing times. Furthermore, the effect of heat treatment and strength development of GGBS concrete is compared to pure Portland cement. In this study, Portland cement is replacing with 50% and 70% GGBS in the mix ratio, to enable a comparison of the mechanical properties, reference concrete is used where no substitution occurs. Additionally, three different heat curing temperatures of 20°C, 50°C and 65°C are used during 2 h, 4 h and 8 h of curing time. The results showed that slag concrete has slower strength development compared to Portland cement at room temperature. When both slag and reference concrete are subjected to heat for different curing times, it was found that the heat curing temperature has a negligible effect on the early strength of reference concrete while having a negative effect on the late-age strength. However, when slag concrete is subjected to heat, early strength is positively affected and had a slight positive impact on the standard strength at 28 days. Additionally, the results showed that there is a relationship between curing temperature and slag substitution, where increased slag content and higher curing temperature results in increased compressive strength in the early and later ages of concrete with higher slag content compared to Portland cement. Additionally, the results indicate that longer exposure and high temperatures result in increased early compressive strength in slag concrete, while longer exposure at higher temperatures decreases the strength of reference concrete.

Stockholm Vatten has decided to close down the Bromma waste water treatment plantand manage the waste water from Bromma together with the waste water from the formerEolshällsverket to Henriksdal’s waste water treatment plant. Henriksdals wastewater treatment plant will be expanded for higher purification requirements and loads,estimated to be finished until 2040. This entails extensive renovations and additionsto the existing treatment plant in and on Henriksdalsberget, as well as a major expansionof the Sickla plant.The purpose of the study is to investigate an environmentally friendly alternative tothe standard concrete that will be used for the expansion of the Sickla plant. The largestenvironmental villain in concrete is the cement. The aim of this study has beento replace the cement with environmentally friendly additives in the largest possibleamount, thus reducing the negative impact of the cement on the environment.In the present study, a review was made of obtained data with exposure classes, then aliterature study was performed to gain knowledge in the area. With help from experts,two fictitious recipes for each exposure class have been calculated for the standardconcrete and the green concrete. In this way, a careful comparison between the concretetypes was made of the cement’s impact on global warming. Thereafter, a study wascarried out on existing EPDs, which were incorporated into the One Click LCA (2015)software. An LCA in the mentioned software was carried out, which enabled data to becompiled and a comparison of the climate impact between the four different fictitiousrecipes has been done.Compiled and compared data from LCA and analysis of EPDs show that 70% of thestructure with exposure class XD2 gets a 47% reduction in global warming when usinggreen concrete instead of standard concrete. Furthermore, the results show that theremaining 30% of the structure with exposure class XF3/XC4 gets a 20% reductionwhen using green concrete instead of standard concrete. The total reduction in globalwarming when using green concrete instead of standard concrete for the expansion ofSickla treatment plant was calculated to be 40%. / Stockholm Vatten har beslutat att lägga ned Bromma reningsverk och leda avloppsvattnetfrån Bromma tillsammans med avloppsvattnet från det forna Eolshällsverkettill Henriksdals reningsverk. Henriksdals reningsverk ska byggas ut för högre reningskravoch belastningar beräknade till år 2040. Detta medför omfattande om- och tillbyggnationeri det befintliga reningsverket i och på Henriksdalsberget samt en storutbyggnad av Sicklaanläggningen.Syftet med detta arbete är att undersöka ett miljövänligare alternativ till standardbetongensom ska användas vid utbyggnaden av Sicklaanläggningen. Då den främsta”miljöboven” i betongen är cementet har målet med denna studie varit att ersätta cementetmed miljövänliga tillsatsmaterial i största möjliga mängd, i syfte att minskacementets negativa inverkan på miljön.I föreliggande arbete har en genomgång utförts på erhållna data med exponeringsklasser,därefter påbörjades en litteraturstudie i syfte att inhämta kunskaper inomområdet. Med hjälp av experter har två fiktiva recept för respektive exponeringsklassräknats fram för standardbetongen och den gröna betongen. Med denna metod genomfördesen noggrann jämförelse mellan de olika recepten avseende cementets inverkanpå den globala uppvärmningen. Därefter undersöktes existerande EPD:er, vilka infogadesin i programvaran One Click LCA (2015). En LCA i den nämnda programvaranutfördes, vilket möjliggjorde att data kunde sammanställas och en jämförelse av klimatpåverkanmellan de fyra olika fiktiva recepten kunde genomföras.Sammanställd och jämförd data från LCA och analys av EPD:er visar att 70% av konstruktionenmed exponeringsklass XD2 får en reducering på 47% på den globala uppvärmningenvid användning av grön betong istället för standardbetong. Vidare visarresultatet att resterande 30% av konstruktionen med exponeringsklass XF3/XC4 fåren reduktion på 20% vid användning av grön betong istället för standardbetong. Dentotala reduktionen på den globala uppvärmningen vid användning av grön betongistället för standardbetong för utbyggnaden av Sickla reningsverk beräknades till 40%.

The dominating support method for hard rock tunnels today is use of fibre reinforced shotcrete in combination with rock bolts. The fibre reinforced shotcrete secures smaller blocks, while rock bolts are used to support larger blocks in the rock. Application of shotcrete is done by spraying against the rock surface using compressed air. The use of accelerators result in fast strength development and adhesive properties, which are two characteristics of great importance when constructing tunnels. This thesis aims at increasing the understanding of climate impact from fibre reinforced shotcrete in tunnel construction. The focus is on reducing the climate impact with two methods: reducing the share of cement in the shotcrete mixture through substitution with addition materials and using better test methods for fibres. Cement is one of the most important ingredients in concrete, however also the largest contributor to CO2 emissions. Reducing the cement amount is therefore a way of reducing the emissions of concrete. In addition, when testing the performance of fibres, different methods can lead to a spread in the results, causing an overuse of fibres in the shotcrete. First, the thesis investigated the use of alternative binder materials, especially Ground Granulated Blast Furnace Slag (GGBS), as a substitute for cement. Experimental testing was performed in a laboratory to evaluate the compressive strength for shotcrete with different amounts of GGBS. Testing was performed after one and seven days in order to evaluate the early strength. Second, the thesis investigated the use of fibre reinforcement and the possibilities of reducing the fibre dosage when changing fibre type and test method. Numerical modelling was performed for two test methods, beam and panel testing, based on experimental data. The thesis evaluated the environmental performance in terms of Global Warming Potential for both fibres and binder. The results show that substituting cement with GGBS has the largest potential to lower the CO2 emissions from fibre reinforced shotcrete. In addition, the fibre dosage can be lowered by changing fibre type, but also test method. Also this lowers the emissions, however the main emissions origins from the binder part. / Den dominerande förstärkningsmetoden för tunnlar i hårt berg idag är fiberarmerad sprutbetong i kombination med bergbultar. Den fiberarmerade sprutbetongen säkrar mindre block, medan bergbultar säkrar större block från att falla ner. Sprutbetongen appliceras genom sprutning direkt mot bergytan men hjälp av tryckluft. Användning av acceleratorer medför snabb hållfasthetsutveckling och vidhäftande egenskaper, vilka är av stor vikt vid tunnelkonstruktion. Syftet med examensarbetet är att öka förståelsen för klimatpåverkan från fiberarmerad sprutbetong i tunnelkonstruktion. Fokus är att undersöka minskningar i klimatpåverkan med två metoder: minska andelen cement i betongblandningen genom ersättning med alternativa material och använda bättre testmetoder för fibrer. Cement är en av de viktigaste ingredienserna i betong, men också den största bidragande faktorn till koldioxidutsläpp. Minskning av andelen cement är därför ett sätt att reducera utsläppen från betong. Dessutom kan valet av testmetod ha stor påverkan på vilken dosering av fibrer som krävs. Examensarbetet undersökte först användningen av alternativa bindemedelsmaterial, speciellt granulerad masugnsslagg, i sprutbetong som ett ersättningsmaterial till cement. Experiment i labb utfördes för att utvärdera tryckhållfastheten för gjuten sprutbetong med olika andelar granulerad masugnsslagg. Testning genomfördes efter en respektive sju dagar för att utvärdera hur slagg påverkar den tidiga hållfastheten. Användningen av fiberarmering och möjligheten att reducera fiberinnehållet vid byte av fibersort och testmetod undersöktes sedan. Numerisk modellering genomfördes för två testmetoder, balk- och plattest, baserat på experimentell data. Examensarbetet utvärderade klimatpåverkan i termer av Global Warming Potential, GWP, för både fibrer och bindemedel i sprutbetong. Resultaten visar att ersättning av cement med granulerad masugnsslagg har den största potentialen att minska koldioxidutsläppen från fiberarmerad sprutbetong. Dessutom kan fiberdoseringen minskas genom ändrad fibertyp samt ändrad testmetod, vilket också minskar utsläppen. Emellertid härstammar de största utsläppen från bindemedlet.

With increased climate goals, higher demands are placed on the construction industry to reduce emissions, making it important to develop alternatives that are economically and environmentally sustainable. Concrete is one of the most widely used materials and has high CO2-emissions, with cement production accounting for 90% of these emissions. Therefore various types of green concrete have been developed, where one of the alternative binders approved according to Swedish standards is ground granulated blast furnace slag (GGBS). The impact of GGBS in concrete is well documented and researched, with known advantages and disadvantages of using green concrete. The aim has been to gather relevant data of how GGBS affects the concrete performance and durability. The results show that there are tsignificant effects when using slag concrete, with GGBS providing good resistance against chemical attacks and achieving higher strength. However, there are questions regarding how sustainable GGBS actually is, especially considering how the steel industry is evolving and moving from blast furnaces to fossil free steel production in electric arc furnaces. Nevertheless, GGBS is of utmost relevance for climate improvement within the construction industry. Where the transition within the steel and construction industries opens up opportunities for the development of innovative technologies and new binders to minimize the climate footprint of cement production, thereby paving the way for a sustainable future. / Med ökade klimatmål ställs högre krav på byggindustrin att minska utsläppen, varav det är av vikt att utveckla alternativ som är ekonomiskt och miljömässigt hållbara. Betong som är ett av de mest använda materialen har höga CO2-utsläpp, där tillverkningen av cement står för 90% av utsläppen. Därför har det utvecklats olika typer av klimatförbättrad betong, där ett av de alternativa bindemedlen som är godkänt enligt svenska standarder är masugnsslagg. Slaggens inverkan på betong är väldokumenterad och undersökt, där man vet att det finns fördelar och nackdelar med att använda en klimatförbättrad betong. Syftet har varit att ta fram relevant data om hur masugnsslagg påverkar betongen prestandan och hållbarhet. Där resultatet visar att det finns påtagliga effekter med att använda slaggbetong, där slaggen ger en god beständighet mot kemiska angrepp och kan uppnå högre hållfasthet. Det existerar dock frågetecken hur hållbar masugnslaggen är, detta med avseende på hur stålindustrin utvecklar sig och kommer gå från masugnar till fossilfri ståltillverkning i ljusbågsugnar. I dagsläget är dock masugnslaggen av högsta relevans för klimatförbättringen inom byggindustrin. Där omställningen inom stål- och byggindustrin öppnar upp för utvecklingen av innovativa tekniker och nya bindemedel för att kunna minimera klimatavtrycket från cementproduktionen, och därmed bana väg för en hållbar framtid.

Betong är ett av de vanligaste byggnadsmaterialen och har goda egenskaper som hög beständighet, god formbarhet och lång livslängd. Huvudbeståndsdelen cement orsakar däremot en negativ klimatpåverkan där tillverkningen av bindemedlet cement står för cirka 8 procent av världens koldioxidutsläpp. För att minska de stora koldioxidutsläppen finns det alternativa bindemedel där de vanligaste är flygaska och masugnsslagg, vilket är restprodukter från kolkraft- och stålindustrin. Alternativa bindemedel är det mest effektiva sättet på kort sikt att minska klimatpåverkan. Däremot kan inte de alternativa bindemedlen ersätta cement helt utan att tryckhållfastheten försämras, vilket gör att upp till 20 procent vanligtvis ersätts. För att byggbranschen i en större utsträckning ska tillämpa betong med lägre klimatpåverkan är det viktigt att egenskaperna är minst lika bra som hos traditionell betong. Uttorkningsegenskaperna är av stor vikt då uttorkningstiden är styrande för applicering av golvmaterial. När det kommer till hållfasthet tillverkas idag komponenter med överkvalité, vilket gör att en onödigt stor mängd cement används. Ett klimatsmart alternativ skulle vara att ändra nuvarande norm på klassificeringen av hållfastheten. Dagens norm klassificerar hållfastheten vid 28 dygn efter gjutning. Betong fortsätter dock att öka i hållfasthet efter 28 dygn, men ökningen är inte stor hos traditionell betong, medan betong med alternativa bindemedel fortsätter att härda i en högre grad efter 28 dygn. Skulle en klassificering av hållfastheten hos betong med lägre klimatpåverkan bestämmas i ett senare skede som 56 eller 91 dygn, skulle konstruktionens krav fortfarande uppfyllas samtidigt som mängden cement kan reduceras. Idag behöver byggprojekt vänta på uttorkningstiden, vilket medför att ett projekt sällan är färdigt redan vid 28 dygn. Det gör att byggnaden inte belastar betongplattan fullt ut vid 28 dygn och den potentiella hållfastheten behöver inte uppfyllas förrän i ett senare skede. Om hållfasthetsklassen sänks tillkommer dock ett högre vattencementtal, vilket gör att krav på uttorkningsegenskaperna ökar. Tillsammans med Skanska jämfördes i föreliggande arbete betongrecept med lägre klimatpåverkan i tryckhållfasthet och uttorkning. Det var två Portlandkompositcement av typen CEM II/B-M, med cirka 20 procent slagg eller flygaska. De jämfördes även mot en referensbetong av typen CEM II/A-LL. Provkropparna gjöts vid Skanskas betonglabb i Farsta och testades sedan för uttorkning och hållfasthet av auktoriserade företag. Studien tyder på att det inte finns någon anledning att välja bort slagg eller flygaska när det kommer tilltryckhållfasthet och uttorkning. Det går att argumentera för att betong med alternativa bindemedel har högre hållfasthet vid 7 och 28 dygn i jämförelse med traditionell betong i föreliggande arbete, där slaggbaserad betong är cirka 16 procent högre och betong med flygaska är cirka 5 procent högre. Hållfasthetsutvecklingen från 28 till 91 dygn tyder på att betong med alternativa bindemedel ökar med cirka 12 procent medan traditionell betong nästan stannar av, där hållfasthetsutvecklingen är cirka 4 procent. Det går att argumentera för att slaggbaserad betong har cirka 2 och 5 procent snabbare uttorkning vid 35 och 85 dygn i jämförelse med traditionell betong, medan betong med flygaska tenderar att torka ut minst lika bra vid 35 dygn och cirka 3 procent snabbare vid 85 dygn. Resultaten tyder på att vid en minskad hållfasthetsklass skulle betong med lägre klimatpåverkan inte medföra samma förlängda uttorkningstid som en traditionell betong. En klassificering i ett senare skede som 56 eller 91 dygn för betong med lägre klimatpåverkan indikerar på att konstruktionens krav fortfarande skulle uppfyllas, cementanvändningen reduceras och klimatpåverkan minskas. / Concrete is one of the most common building materials and possesses favorable properties such as high durability, good workability, and long lifespan. However, its main component, cement, has a negative climate impact, with cement production accounting for approximately 8 percent of the world's carbon dioxide emissions. To reduce these CO2 emissions alternative binders can be used. The most common being fly ash and blast furnace slag, which are by-products of the coal power and steel industries. Alternative binders are the most effective way to reduce climate impact. Alternative binders cannot completely replace cement without lose strength, which means that up to 20 precent is usually replaced. For the construction industry to more widely adopt concrete with lower climate impact, it is important that the properties are at least as good as those of traditional concrete. Drying properties are crucial since drying time dictates the application of flooring materials. In terms of strength, components are currently manufactured with high qualities, leading to unnecessary large amounts of cement being used. A climate-smart alternative would be to change the current norm for strength classification. Today strength classifies at 28 days after casting. Concrete continues to gain strength beyond 28 days, but the increase is not significant in traditional concrete, whereas concrete with alternative binders continues to cure to a greater extent after 28 days. If the strength classification were determined at a later stage, such as 56 or 91 days, the construction's requirements would still be met while reducing the amount of cement used. Today construction projects need to wait for the drying time, meaning a project is rarely completed at 28 days. This means the building does not fully load the concrete slab at 28 days, and the potential strength does not need to be achieved until a later stage. However, if the strength class is lowered the demands on drying increases. In collaboration with Skanska, concrete with lower climate impact was compered in terms of strength and drying. Two Portland composite cements of the type CEM II/B-M, around 20 percent of slag or fly ash, were compared to a reference concrete of the type CEM II/A-LL. The test specimens were cast at Skanska's concrete lab in Farsta and tested for strength and drying by authorized companies. The study suggests that there is no reason to avoid slag or fly ash concerning compressive strength and drying. It can be argued that concrete with alternative binders has higher strength at 7 and 28 days compared to traditional concrete, with slag-based concrete being approximately 16 percent stronger and fly ash concrete about 5 percent stronger. The strength development from 28 to 91 days indicates that concrete with alternative binders increases by about 12 percent, while traditional concrete almost levels off, with a strength development of about 4 percent. It can also be argued that slag-based concrete has about 2 and 5 percent faster drying at 35 and 85 days compared to traditional concrete, while fly ash concrete tends to dry at least as well at 35 days and about 3 percent faster at 85 days compared to traditional concrete. The results indicate that with a reduced strength class, concrete with lower climate impact would not entail the same extended drying time as traditional concrete. Classification at a later stage, such as 56 or 91 days, for concrete with lower climate impact indicates that the construction's requirements would still be met, cement usage would be reduced, and climate impact minimized.

In 2017, the Swedish Parliament stated a new climate law with the goal that Sweden should be climate neutral by 2045. The concrete industry has developed a roadmap on how the goal for 2045 can be achieved, where one way to reduce the carbon emissions from concrete is by replacing a part of the cement clinker with alternative binders in the concrete mix. Ground granulated blast furnace slag (GGBS), fly ash, silica fume and trass are alternative binders that are possible to use in concrete mixes to reduce the amount of ordinary Portland cement (OPC). GGBS, fly ash and silica fume are by-products from other industries, while trass is volcanic ash that can be extracted. Besides the positive environmental impact that comes from using alternative binders and reducing the amount of cement clinker, the alternative binders have other properties, both positive and negative, that affect the concrete. The aim of this thesis was to investigate whether concrete with alternative binders does fulfill the regulations set by Swedish standards and how concrete with alternative binders does affect the material parameters. The concrete mixes were divided into three different types of concrete: concrete for bridges (w/c ratio 0.4), hydropower structures (w/c ratio 0.45) and wind powerplant foundations (w/c ratio 0.55). A total of seven concrete mixes were cast in a laboratory and the concrete mixes were investigated in the three hardening stages of concrete: fresh, young and hardened. The analyzed material parameters were compressive strength, shrinkage, frost resistance, workability, air voids and temperature development. Beyond the experimental testing, a global warming potential (GWP) comparison was made to compare the reduction of GWP for each concrete mix compared to a reference concrete for each usage area. The mix containing a CEM II/A-V fly ash cement and 15% GGBS showed great potential regarding the different material parameters. This mix, however, is according to Swedish standards not possible to certify for structures in exposure class XF4, such as bridges, but is possible to certify for structures in exposure class XF3, such as wind powerplant foundations. The mix containing 30% GGBS and 5% silica fume also showed beneficiary properties, but superplasticizers are required in this mix to ensure good workability. For hydropower structures, the mix containing 35% GGBS showed a great compressive strength but a high temperature development and low workability. The mix containing trass had a notably low temperature development, but with an increase in shrinkage and low workability. Moreover, all concrete mixes showed a frost resistance which, according to standard, is classified as “Very Good”. / Sveriges regering antog 2017 ett nytt klimatpolitiskt ramverk med målet att Sverige ska ha noll nettoutsläpp av växthusgaser år 2045. Betongindustrin har tagit fram en färdplan för hur betong kan bli klimatneutralt, där ett sätt att reducera klimatpåverkan från betong är att byta ut en del av cementklinkern mot alternativa bindemedel. Mald granulerad masugnsslagg (GGBS), flygaska, silikastoft och trass är alternativa bindemedel som är möjliga att använda i betongblandningar för att reducera mängden Portlandcement. GGBS, flygaska och silikastoft är restprodukter från andra industrier medan trass är en vulkanisk aska som kan utvinnas. Utöver den positiva miljöeffekten som erhålls när alternativa bindemedel ersätter cementklinker, så har de alternativa bindemedlen andra egenskaper, både positiva och negativa, som påverkar betongen. Målet med denna studie var att undersöka och jämföra om betongblandningar där en del av cementklinkern har ersatts med alternativa bindemedel når upp till de krav som ställs i nuvarande regelverk. Utöver det så undersöktes även hur betongblandningarnas materialparametrar påverkades av alternativa bindemedel. Betongblandningarna delades in i tre olika typer av betong: betong för broar (vct 0.4), vattenbyggnader (vct 0.45) och vindkraftverksfundament (vct 0.55), där totalt sju betongblandningar tillverkades i ett laboratorium. Betongblandningarna undersöktes i de tre olika faserna för hårdnande av betong, vilka är färsk, ung och hårdnad betong. De materialparametrar som analyserades var tryckhållfasthet, krympning, frostresistens, arbetbarhet, luftporhalt och temperaturutveckling. Förutom de experimentella testerna gjordes en jämförelse kring hur mycket koldioxid som kan reduceras för varje betongblandning, jämfört med en referensbetong för varje användningsområde. Betongblandningen med ett CEM II/A-V flygaska-cement och 15% GGBS visade stor potential med avseende på de olika materialparametrarna. Denna blandning är dock enligt svensk standard inte möjlig att certifiera för betongbyggnad i exponeringsklass XF4, exempelvis broar, men kan certifieras för betongbyggnad i exponeringsklass XF3, exempelvis fundament för vindkraftverk. Blandningen med 30% GGBS och 5% silikastoft visade även positiva egenskaper, men flyttillsatsmedel måste användas i denna blandning för att erhålla en god arbetbarhet. För vattenbyggnadsbetong så visade blandningen med 35% GGBS en hög tryckhållfasthet, men samtidigt en hög temperaturutveckling och en låg arbetbarhet. Blandningen med trass hade en noterbart låg temperaturutveckling, men med ökad krympning samt låg arbetbarhet. Avslutningsvis så uppvisade alla blandningar en frostresistens som enligt standard klassificeras som ”Mycket bra”.