Næringsbygget Powerhouse One skal gjennom livsløpet produsere mer energi enn det vil forbruke - et såkalt plusshus. For å oppnå et positivt energiregnskap må også energi som er bundet i materialer og prosesser tilknyttet oppføringen av konstruksjonen minimaliseres – et område som tidligere har hatt forholdsvis lite fokus. Et nytt begrep melder dermed sin inntreden: bygningens innebygde energi. Oppgaven representerer en gjennomgående analyse av tre aktuelle konstruksjonskonsepter, samt av materialene som inngår i disse. BubbleDeck, hulldekker og flatdekke vurderes både med hensyn på bundet energi i dag og muligheter for optimalisering i fremtiden. Vurderingene er basert på en modellstudie, der de tre dekkeløsningene er dimensjonert med samme lastsituasjon, samt med like geometriske utforminger, i den grad sistnevnte har latt seg gjøre. Dimensjoneringen inkluderer, i tillegg til dekket, søyler og eventuelle bjelker, og har som formål å estimere materialmengder som inngår i det enkelte bæresystemet. Alle materialer som inngår i dekkesystemene er vurdert med hensyn på innebygd energi. Transport og produksjon er inkludert. Vurdering er gjort på bakgrunn av tilgjengelig informasjon fra miljødeklarasjoner, produsenter og leverandører, samt SimaPros databaser via Østfoldforskning. Miljødeklarasjoner for betong er utviklet spesielt for denne oppgaven med FABEKOs EPD - kalkulator. Optimaliseringsmuligheter for bæresystemene er vurdert, med hovedvekt på betong. Betong har et betydelig potensial for energireduksjon. Forbedringspotensial har blitt undersøkt med varierende flygeaskeinnhold i betongen. Hvorvidt de ulike konstruksjonskonseptene åpner for flygeaske er også vurdert. I denne forbindelse har elementproduksjon med flygeaske blitt vurdert for Contigas produksjon på Stjørdal. I hvilken grad en slik optimalisering vil innvirke på sluttregnskapet er avhengig av dekkets betongvolum og betongens utgangspunkt. Flatdekket har størst betongvolum, og har dermed mest å hente på forbedring av betongens innebygde energi. Elementløsningene, hulldekket og BubbleDeckplaten, har begge utgangspunkt i lite energieffektive betonger per i dag; hulldekket for å begrense herdetid av hensyn til produksjonen, BubbleDeck for å eliminere behov for vibrering av hensyn til plastkuler. Elementene har derfor også et vesentlig forbedringspotensial til tross for mindre betongvolum. I tillegg til betong, omfatter løsningene andre materialer og prosesser som nødvendigvis må medregnes i et energiregnskap. For hulldekker er bruk av spennstål med forholdsvis høy andel bundet energi en forutsetning. I tillegg er elementproduksjonen en relativt energiintensiv prosess. Flygeasketilsetning må følgelig vurderes opp mot den relative økningen i energi til oppvarming som bruk av dette materialet vil medføre. Et annet vilkår for tradisjonelle hulldekkesystem er underliggende bjelker, utført i stål eller betong. I noen av tilfellene doblet stålbjelkene bæresystemets totale energibidrag. Hule plastkuler er et av basisproduktene i BubbleDeck. Antall kuler er avhengig av elementtype, ikke av spenn, og kulens relative bidrag vil reduseres for store spennvidder. Bundet energi i kulene er avhengig av hvorvidt plasten er resirkulert. I tillegg har BubbleDeck betydelige armeringsmengder for store spenn, og det er et mål å tilpasse armering etter spennvidde og lastsituasjon. Flatdekket har få bidrag utover betong og armering. Til tross for at betong definitivt gir størst bidrag til innebygget energi, får armering stor betydning for lange spennvidder. For modellstudiet utgjorde søyler 5 - 10 % av det totale energiregnskapet. Energiøkonomisk utnyttelse av søyler oppnås i mange tilfeller ved å øke betongfasthet, og dermed redusere søyletverrsnitt. Flatdekke viste seg å være det gunstigste alternativet for korte spennvidder (under 7,2 meter). Ved realisering av forbedringspotensialet representerer hulldekker den mest energioptimale løsningen for store spennvidde, ut i fra forutseningene for oppgaven. Dette krever rasjonell bruk av byggesystemet med maksimale spenn i én retning, og kortere bjelkespenn. Slik konstruksjonskonseptene foreligger i dag, endte BubbleDeck som beste løsning for store spennvidder, med hensyn på innebygget energi for modelldekket. BubbleDeck har også den fordel at dekket tillater symmetrisk utforming. Resultatene i oppgaven har synliggjort en potensiell konflikt mellom krav til energieffektivitet og andre viktige forhold som, gjennom bygget levetid, totalt sett vil kunne redusere byggets energiforbruk. Til tross for at flatdekket gav det beste resultatet med hensyn på konstruksjonens innebyggede energi, er det imperativt å ta hensyn til at byggets faktiske energiforbruk gjennom livsløpet fastsettes av blant annet byggets tilpasningsdyktighet.

Bruken av lavvarmebetong i massive konstruksjoner bidrar til å redusere varmeutviklingen, og dermed rissrisikoen. På den andre siden medfører bruken av lavvarmebetong lav tidligfasthet i konstruksjonen. Dette kan gi redusert fremdrift av bygg- og anleggsprosjekter. Rescon Mapei har laget herdingsakseleratoren Mapefast HA, et produkt de mener skal øke tidligfastheten i lavvarmebetong, uten å påvirke maksimumstemperaturen. Gjennom laboratorieforsøk har denne studien som hovedmål å kartlegge effekten av Mapefast HA i lavvarmebetong med ulike mengder flygeaske. Det er spesielt interessant å undersøke Rescon Mapei sitt utsagn, om at tidligfastheten kan økes uten at temperaturen stiger. Noe som vil føre til at risikoen for opprissing minker der betongen er utsatt for fastholdningseffekter. Med tanke på å unngå riss, er det svært positivt at lavvarmebetonger kan øke tidligfastheten uten at temperaturen øker. Det er også undersøkt om kombinasjonen av Mapefast HA og størkningsakseleratoren Mapefast SA, vil kunne gi en ytterligere positiv effekt på betongens styrke- og varmeutvikling. Videre ble data fra forsøkene benyttet i det FEM-baserte beregningsverktøyet CrackTeSt COIN. Dette for å simulere temperaturforløpet og analysere rissrisiko i aktuelle betongtverrsnitt. Resultatene viser at varmeutviklingen i betongene øker ved bruken av herdingsakseleratoren Mapefast HA, noe som ikke var forespeilet. Varmeutviklingens intensitet steg også markant mellom 10 og 20 modenhetstimer. Disse to forhold fører til at maksimumstemperaturen i en herdende betongkonstruksjon vil øke. Det er samtidig få indikasjoner på at tidligfastheten forbedres i betonger med HA når betongtemperaturen holdes konstant. Det faktum at maksimumstemperaturen stiger er særdeles ugunstig med tanke på opprissingstendensen. Høyere temperatur fører til at betongen utvider seg mer, og må dermed trekke seg mer sammen under avkjøling. Når tverrsnitt avkjøles og trekker seg sammen oppstår problemer i form av strekkspenninger, siden den ferske betongen har blitt stivere. Det er ingen indikasjoner på at kombinasjonen HA og SA har noen positive effekter for lavvarmebetong. Det kan virke som at Mapefast HA øker temperaturen i betongen, som indirekte vil føre til en raskere styrkeutvikling. Utsagnet om at tidligfasthet skal økes uten at maksimumstemperaturen i betongen økes, ser ikke ut til å være korrekt. I lavvarmebetong er det ønskelig å holde maksimumstemperaturen lavest mulig, Mapefast HA bidrar ikke til dette. For de aktuelle formål undersøkt i studien, påviser Mapefast HA ingen gunstige effekter for massive betongtverrsnitt. Spenningsanalyser utført i CrackTeSt COIN viser at risikoen for opprissing på grunn av fastholdt termisk og autogen dilatasjon øker ved bruk av Mapefast HA, noe som er det motsatte av det man ønsket å oppnå.

Ice abrasion has been reviewed. Concrete and ice and their most important properties in accordance to ice abrasion have been studied. Concrete strength and contact pressure between ice and concrete is found to be important factors. Former studies of ice abrasion differ in their conclusions of which parameters they include in their ice abrasion models. The different parameters are; ice contact pressure, ice sliding speed, temperature, concrete strength, size of aggregate, total sliding distance. Different models include one or more of these parameters. Some of the previous experiments has come to different conclusions, possible reasons for these differences has been discussed.A detailed description of the NTNU Ice Abrasion Laboratory is given. The abrasion test apparatus is based on the sliding contact abrasion test principle. A concrete specimen is mounted and an ice cylinder is slid on top of the concrete with applied pressure. Pressure, speed and temperature are all fully controllable to create different test scenarios. A custom made National Instruments LabView program is used to control, monitor and log the activities in the abrasion laboratory.Ice abrasion testing has been done at the NTNU Ice Abrasion Laboratory, investigating a possible difference in abrasion rate for identical concrete with unlike initial treatment. A total of four concretes sample were tested. All four of them were saturated after this saturation period 2 of them was abrasion tested directly and 2 of them were dried, resaturated and then abrasion tested. Abrasion results were distorted by cracking of the concrete samples. No conclusive data on the abrasion rate were obtained. Two possible reasons for cracking of the concrete samples were found. The concrete samples have not been stored in best possible way before testing, which may have caused them to weaken. Secondly the ice abrasion machine has a weakness somewhere under the concrete sample. Either the concrete bedding its bearings or the load sensors yields during testing allowing the concrete to tilt up and down as the ice moves back and forth. Tilting of the concrete sample creates a bigger strain for the concrete at the turning point of ice cylinder. Measurers to remove this problem are discussed.

Bærekraftige betongkonstruksjoner kjennetegnes av miljøvennlige materialer, høy energieffektivitet, lavt forbruk av ressurser og god avfallshåndtering. Betong har et høyt karbonavtrykk som kan reduseres ved økt bruk av alternativt brensel ved produksjon og bruk av substitusjonsmaterialer for sement.KLP Eiendom har som målsetning å bygge verdens mest miljøvennlige kjøpesenter, Fornebu Senter, med BREEAM-NOR sin beste klassifisering BREEAM Outstanding. Bransjeverktøyet klimagassregnskap.no baserer seg på europeiske generiske utslippsfaktorer for betong, og disse er høye sammenlignet med norsk betongbransje. Det blir dermed mulig å oppnå høye reduksjoner av det totale klimagassutslippet kun ved å benytte vanlig norsk betong, og krav til reduksjon av klimagasser i BREEAM-NOR kan oppfylles.Ved å benytte seg av lavkarbonbetong med 30% flygeaske i de plasstøpte betongkonstruksjonene har Fornebu S redusert det totale klimagassutslippet med 2,4% i forhold til norsk bransje. Med flygeaskeinnhold på inntil 40% ville denne reduksjonen økt til 4,2%. Dersom Fornebu S i tillegg hadde blitt bygget med lavkarbonhulldekker ville det totale klimagassregnskapet bli redusert med nesten 5% basert på utslipp fra betong med Industrisement og 16,5% flygeaske produsert i Contigas fabrikk i Moss. Resultatene fra et modellstudium av bæresystemet indikerer at rektangulære hulldekkesystemer med optimalisert hulldekketykkelse gir det laveste totale utslippet av klimagasser per m2. For Fornebu S ville dette ha redusert det totale klimagassutslippet med 5%. Denne typen system kan komme i konflikt med fleksibiliteten til bygget.På Fornebu S har lavkarbonbetong i plasstøpte konstruksjoner hatt akseptable konsekvenser for produksjonen. Imidlertid er det vist at lavkarbonbetong kan få produksjonseffekter dersom utformingen fører til stort varmetap i kombinasjon med tynt tverrsnitt og/eller at lufttemperaturen er ned mot -10° til -15°. Høyt innhold av flygeaske i hulldekkebetong vil føre til økt liggetid på spennbenken, og vil dermed gå utover produksjonseffektiviteten til hulldekkefabrikkene. Likevel er det mulig å kunne produsere hulldekker med redusert karbonavtrykk, uten at det går utover produksjonseffektiviteten. Dette må tilpasses hver enkelt fabrikk.