Made available in DSpace on 2014-07-29T15:03:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 adriano mendes.pdf: 4708776 bytes, checksum: 4bc099a31f3941241f5dd5294da28bba (MD5) Previous issue date: 2010-09-28 / The rolled compacted concrete (RCC) is a still relatively new technique, but with growing volume of use, a fact generated by its technical and economical advantages, requiring more studies in order to use with greater efficiency, safety and economy. This work deals with the RCC with high levels of replacement and addition of part of the Portland cement by calcined clay pozzolan, aiming to analyze and quantify the improvements of the concrete properties and reach a satisfactory level of use, which allows for improvement or maintenance of the properties with a lower consumption of cement per cubic meter. So its impacts on the properties of RCC for this type of mineral addition were studied for the substitution levels adopted, checking the influence on the properties of the fresh concrete in the consistency and the density. For the hardened concrete some mechanical properties and durability were evaluated by compressive and tensile strength, capillarity and immersion by water absorption, test of permeability by water and ultrasound test. The use of calcined clay come together with the needs of the cement production for the construction of dams in the north of the country, as the case of Santo Antônio / RO, because its place is far removed from major industries and cement production slag, fly ash and silica fume, requiring the study of materials to enhance the production of cement. As an important result obtained with this research, it was found that substitution ranging from 27% to 50% achieved the best results, regarding the applicability of this material on the surveyed properties. / O Concreto Compactado com Rolo (CCR) é uma técnica ainda relativamente nova, porém com volume de utilização crescente, fato gerado pelas suas vantagens econômicas e técnicas, requerendo assim mais estudos para embasar o seu uso com maior eficiência, segurança e economia. O presente trabalho trata do CCR com elevados teores de substituição e de adição de parte do volume de cimento Portland por pozolana de argila calcinada, objetivando analisar e quantificar as melhorias das suas propriedades e chegar a um teor satisfatório de utilização, o qual possibilite melhoria ou manutenção das propriedades avaliadas com um menor consumo de cimento por metro cúbico. Desta forma foram avaliados os impactos nas propriedades do CCR para este tipo de adição mineral, nos teores adotados, aferindo a influencia nas propriedades do concreto no estado fresco quanto à consistência e massa específica. No estado endurecido algumas propriedades mecânicas e de durabilidade foram analisadas através da resistência à compressão e à tração por compressão diametral, a absorção de água por capilaridade e por imersão, a permeabilidade à água e ensaio de ultrassom. O uso da argila calcinada vem ao encontro das necessidades da produção de cimento para as usinas em construção na Região Norte do país, como é o caso de Santo Antônio / RO, pois se trata de uma obra muito distante das grandes indústrias cimenteiras e da produção de escória, cinza volante e sílica ativa, o que requer a investigação de materiais para aperfeiçoar a produção de cimento. Como resultado importante obtido na pesquisa em questão, verificou-se que a substituição oscilando entre 27% a 50% atingiu os melhores resultados quanto à aplicabilidade desse material nas propriedades pesquisadas.

In abstract, it can be emphasized that the concrete industry influences and is significant based on the sustainability dimensions. The concrete industry is also an industry where actors with different backgrounds interact to achieve the different climate goals. To achieve the climate goals, climate-neutral and energy-smart concrete production is a major step that actor in the concrete industry want to fulfill and take. One way to achieve or develop the concrete industry or operations is to raise and further develop the current competence that exists in the main areas of climate impact, concrete recycling, renewable energy, and sustainability. In the main areas, specific and concrete solutions and calculations have been identified and compiled to present guidelines and recommendations to achieve the purpose of the study. This study was carried out in collaboration with Skanska AB.  By analytically quantifying and comparing the theoretical energy flow in concrete factories compared to the practical, concrete production is a resource- and energy intensive manufacturing process. In general, the manufacturing process of concrete is simple, as concrete is a mixture of product cement, water, aggregate (stone and gravel) and additives. The manufacturing process of concrete and the material flow is designed and carried out in a concrete factory where the materials are mixed and assembled to produce quantities of concrete. Cleaning and flushing of the concrete trucks take place at concrete factories and is also resource and energy intensive. Climate-improved concrete is a concrete concept that concrete actors have been further developed and commercialized to reduce the climate impact of standard concrete, where additives from residual products from industrial processes replace parts of the initial amount of cement. To analyze and compare the development of Skanska's Green Concrete and how significant the concrete types are based on the sustainability dimensions the assessment of environmental impact has been analyzed. The analysis is based on the environmental product declarations EPD, the environmental impact unit ELU and the EPS (Environment Priority Strategies) system. Based on the study's delimitations, the focus is mainly on the production and manufacturing phase, which based on LCA means that LCA phases A1-A3 are in focus, where LCA phase A3 stands for the manufacturing process. Although the manufacturing process of concrete is resource- and energy-intensive, the manufacturing process A3 stands for the smallest climate impact in comparison with LCA phases A1 and A2, where LCA phase A1, which is the raw material supply, stands for the largest climate impact. During the winter period when the temperature decreases less than 5 degrees Celsius, the manufacturing process of concrete becomes resource and energy demanding. The reason is because concrete is a temperature-sensitive material, whose properties vary and deteriorate at incorrect temperatures. In connection with concrete produced in concrete factories, a traditional heating system is used only during the winter period, which produces amounts of carbon dioxide through the combustion process of fuel oil. The purpose of the heating system and boiler is to heat an amount of water and aggregate, which is an energy-intensive process required only in the winter period because the outdoor temperature is not sufficient for concrete production. During the winter period, the manufactured concrete risks deteriorating the concrete characteristics, where the concrete can have a low formability and compressive strength. Purchased electricity from the electricity grid is also used or consumed in connection with heating processes, manufacturing processes or other sub-processes required for cleaning and flushing of concrete trucks. Based on this study’s result, the concrete factory in the Stockholm area consumes just over 16 kWh/m^3 during winter production. The results of this study consist of a compilation of results of Skanska's various environmental product declarations to emphasize how significant concrete production is based on the sustainability dimensions. Based on the result compilation of the ELU values, the manufacturing process (A3) - and the production of concrete (A1-A3) have the most significant impact on the ELU aspects YOLL and Cradle to gate GHG index. Based on Skanska's Green concrete types and the industry's reference concrete, the difference between the concrete types is 137 kg CO2 equivalent for Green Wall Concrete, 95 kg CO2 equivalent for Green Floor Concrete and 52 kg CO2 equivalent for Green Garage Concrete.  The cost analysis and assessment of potential and identified recycling- and energy systems is another part of the result, where the Circulus system is an identified recycling system, while solar cells and batteries connected to the electricity grid are an identified energy system. The purpose of the recycling system is to carry out circular concrete production, and in connection with the observations and interviews carried out, the design of recycling processes will be achieved through the implementation of the innovative recycling system. The recycling system Circulus, which is a combination of two products from the company’s Mapei and Allu, is a present example of how the concrete industry's transition to circular concrete production is to be achieved. Based on the cost assessment of the Circulus system, the total cost, including investment and maintenance costs, has been calculated at just over 1 250 000 SEK. Based on the concrete factory in the Stockholm area's handling of recycled concrete and the C3C-blocks, a payback period of 9 years has been calculated.  Regarding the energy system, the purpose is to present a new renewable energy source to the concrete plant and optimize the use of the energy system to minimize the costs of purchasing electricity from the electricity grid. Based on a sensitivity analysis of different optimization cases, an energy system of varying solar cell and battery sizes connected to the electricity grid is the most profitable structure of an energy system. The energy system with the solar cell power of 165 kW and the battery size of 330 kWh has a net cost of just over SEK 294 000, where the cost of buying electricity is just over SEK 373 000, and the income from selling electricity is just over SEK 72 000. Regardless of the energy system's structure or the construction of solar cells with or without a battery, the energy system's system operating costs will always be less than the cost of purchased electricity in 2021. In connection with electricity being the energy carrier in concrete factories, the use and implementation of solar cells is a long-term sustainable energy solution. / Sammanfattningsvis kan det betonas att betongbranschen är en bransch som påverkas och är betydande utifrån hållbarhetsdimensionerna. Betongbranschen är en bransch där aktörer med olika bakgrunder samspelar för att uppnå de skilda klimatmålen. För att uppnå klimatmålen är klimatneutral- och energismartbetongtillverkning ett stort steg aktörer inom betongbranschen vill uppfylla och ta. Ett sätt att uppnå eller utveckla betongbranschen eller betongverksamheter är att lyfta upp och viderutveckla den nuvarande kompetensen som existerar inom huvudområdena klimatpåverkan, återvinning, förnybar energi och hållbarhet. Inom huvudområdena har specifika och konkreta lösningar och beräkningar identifierats samt sammanställts i syfte att framföra riktlinjer och rekommendationer för att uppnå studiens syfte. Denna studie är genomförd i samarbete med Skanska AB.  Genom att analytisk kvantifiera och jämföra det teoretiska energiflödet i betongfabriker gentemot det praktiska är betongtillverkningen en resurs- och energikrävande tillverkningsprocess. Generellt sätt är tillverkningsprocessen av betong simpel, då betong är en sammanblandad produkt av cement, vatten, ballast (sten och grus) och tillsatsmedel. Tillverkningsprocessen av betong samt materialflödet är utformat och genomförs i en betongfabrik där man blandar materialen för att framställa betongmängder. Rengöring- och spolning av betonglastbilarna sker på betongfabriker och är resurs samt energikrävande.   Klimatförbättrad betong är ett koncept som betongaktörer har viderutvecklats och kommersialiserat för att reducera klimatpåverkan standardbetong, där tillsatsmaterial av restprodukter från industriprocesser ersätter delar av den initiala cementmängden. För att analysera och jämföra utvecklingen av Skanskas Grön betong och hur betydande betongtyperna är utifrån hållbarhets dimensionerna har bedömandet av miljöpåverkan analyserat utifrån miljövarudeklarationerna EPD, miljöbelastningsenheten ELU samt EPS (Environment Priority Strategies) systemet. Baserat på studiens avgränsningar är fokuset främst på produktion- och tillverkningsfasen, vilket utifrån LCA innebär att LCA faserna A1-A3 är i fokus, där LCA fasen A3 står för tillverkningsprocessen. Även om tillverkningsprocessen av betong är resurs- och energikrävande står tillverkningsprocessen A3 för den minsta klimatpåverkan. I förhållande till resterande LCA faserna A1 och A2 står LCA fasen A1 för den största klimatpåverkan, vilket står för råvaruförsörjningen. Under vinterperioden då temperaturen minskar mindre än 5 grader Celsius blir tillverkningsprocessen av betong resurs- och energikrävande, eftersom betong är ett temperaturkänsligt material vars egenskaper varierar samt försämras vid felaktiga temperaturer. I samband med betong som tillverkas i betongfabriker används ett traditionellt uppvärmningssystem endast under vinterperioden. Det traditionella uppvärmningssystemet framställer mängder av koldioxid genom förbränningsprocessen av eldningsolja. Syftet med uppvärmningssystemet och värmepannan är att uppvärma vatten- och ballast mängder, eftersom under vinterperioden är utomhustemperaturen inte tillräcklig för betongtillverkning. Under vinterperioden riskerar den tillverkade betongen att betongegenskapernas försämras, då betongen kan få en låg formbarhet och tryckhållfasthet. Även köpt elektricitet från elnätet används eller förbrukas i samband med uppvärmningsprocesser, tillverkningsprocesser eller andra delprocesser som krävs för exempelvis rengöring- och spolning av betonglastbilar. Utifrån det beräknande resultatet förbrukar betongfabriken i Stockholmsområdet drygt 16 kWh/m^3 vid vintertillverkning.  Resultatet i denna studie består av resultatsammanställning av Skanskas olika miljövarudeklarationerna för att betona hur betydande betongtillverkningen är utifrån hållbarhetsdimensionerna. Baserat på resultatsammanställningen av ELU värdena har verksamhetens tillverkning (A3) och produktionen av betong (A1-A3) den mest betydande påverkan på ELU aspekterna YOLL och Cradle to gate GHG index. Baserat på Skanskas Gröna betongtyper och branschens referensbetong är skillnaden mellan betongtyperna 137 kg CO2 -ekv för Grön Väggbetong, 95 kg CO2 -ekv för Grön Bjälklagsbetong och 52 kg CO2 -ekv för Grön Garagebetong. Kostnadsanalys och bedömning av potentiella samt identifierade återvinning- och energisystem är en annan del av resultatet, där Circulus systemet är ett identifierad återvinningssystemet, medan solceller och batteri sammankopplad med elnätet är ett identifierad energisystem. Syftet med återvinningssystemet är att framföra cirkulärbetongtillverkning. I samband med de genomförda observationerna och intervjun ska utformningen av återvinningsprocesser uppnås genom implementering av innovativa återvinningssystemet. Återvinningssystemet Circulus systemet som är en kombination av två produkter från Mapei samt Allu och är ett föreliggande exempel på hur betongbranschens omställning till cirkulärbetongtillverkning ska uppnå. Utifrån kostnadsbedömningen av Circulus systemet har den totala kostnaden inklusive investering- och underhåll kostnaden beräknats till drygt 1 250 000 kronor. Baserat på betongfabriken i Stockholmsområdets hantering av returbetong och C3C-blocken har en återbetalningstid på 9 år beräknats.  Vad gäller energisystemet är syftet att framföra en ny förnybar energikälla till betongfabriken och optimera användandet av energisystemet för att minimera kostnaderna av att köpa elektricitet från elnätet. Baserat på en känslighetsanalys av olika optimeringsfall är ett energisystem av varierande solcell- och batteristorlekar sammankopplad med elnätet den lönsammaste uppbyggnaden av ett energisystem. Ett energisystem med solcellseffekten på 165 kW och batteristorleken på 330 kWh har en nettokostnad på drygt 294 000 kronor, där kostnaden av att köpa elektricitet är drygt 373 000 kronor, och intäkterna av att sälja elektricitet är drygt 72 000 kronor. Oavsett energisystemets struktur och uppbyggnad av solceller med eller utan batteri kommer energisystemets systemoperationskostnader alltid vara mindre än kostnaden för köpt elektricitet år 2021. I samband med att elektricitet är energibäraren i betongfabriker är användningen och implementering av solceller en långsiktig hållbar energilösning.