In modern point of view of waste management is desirable to effectively process the grates possible amount of wastes. Sediments from cleaning of mined lime stones contains a lot of clay components, but there is also indispensable share of soft calcite. This composition makes these sediments a promising material for preparation of hydraulic binders. Production of common hydraulic binders, especially Portland cement, is very energy-intensive plus loads environment with considerable amount of combustion gases, therefore it is necessary to explore possibilities of alternative low - energy binders production and usage.

Swedish buildings account for a large part of Sweden's greenhouse gas emissions, which is why the construction industry within the framework of the concrete initiative has produced a Roadmap for Climate Neutral Concrete. The climate neutral targets meant that Sweden will have net carbon emissions of carbon dioxide in the atmosphere by 2045. In order to achieve the national environmental goals, it is important to reduce the climate impact from concrete construction. Today, the concrete industry is facing a major challenge in minimizing the consumption of concrete, while at the same time the need for new buildings is increasing as a result of the increase in land populations.Concrete lifecycle analysis shows that 90 percent of carbon dioxide emissions come from the manufacturing process of cement clinker that is included in the cement binder. For this reason, the concrete industry has researched and developed various alternatives that contribute to reducing the environmental impact caused by concrete by reducing carbon dioxide emissions.The purpose of this thesis is to evaluate the environmental impact of different types of concrete and to investigate two factors that contribute to reducing carbon dioxide emissions in the atmosphere. The factors being investigated are choice of optimized concrete recipe by reducing proportion of cement and choice of concrete composition by replacing cement with alternative binders.A survey study was conducted to analyze the environmental impact of different types of concrete with different amounts of cement, water percentage and exposure class. In addition, a comparison study between ordinary concrete and climate-enhanced concrete was performed to analyze the climate impact of climate-enhanced concrete with different improvement steps compared to ordinary concrete. To carry out this study, a study of ordinary concrete has been carried out with documents (concrete quantity, strength class and water cement figures) from a reference project obtained by Specialfastigheter, and then replaced with climate-enhanced concrete in various improvement steps.The results show that concrete with lower cement volume and higher water cement numbers give a marked reduction in the building's climate impact. By reducing the amount of cement in the concrete, the proportion of cement clinkers included in the cement binder is lowered, which in turn reduces the climate impact. In addition, a comparison study also shows that the building's climate impact can be reduced between 10, 25 and 52 percent through the use of climate-enhanced charm. This is because climate-enhanced concrete is being replaced by some cement with alternative binders.The conclusion is that this study provides greater opportunity for the construction industry to gain additional knowledge and a better understanding of how environmental impact can be reduced by choosing the right type of concrete. Choosing concrete with lower strength, higher water cement ratio and higher proportion of alternative binders contributes to lower climate impact from concrete. / Svenska byggnader står till svars för en stor del av Sveriges utsläpp av växthusgaser, därför har byggbranschen inom ramen för betonginitiativet tagit fram Färdplan för Klimatneutral betong. Klimatneutralmålen innebär att Sverige ska uppnå nettonollutsläpp av koldioxid i atmosfär år 2045. För att kunna nå de nationella miljömålen är det viktigt att sänka klimatpåverkan från betongkonstruktion. Idag befinner sig betongbranschen inför stor utmaning att minimera konsumtion av betong, samtidigt som behovet av nybebyggelse ökar till följd av att jordbefolkningen ökar.Betonglivscykelanalys visar att 90 procent av koldioxidutsläpp kommer från tillverkningsprocess av cementklinker som ingår i bindemedlet cement. Av denna anledning har betongbranschen undersökt och utvecklat olika alternativ som bidrar till minskning av miljöpåverkan orsakad av betong genom att reducera koldioxidutsläpp.Syftet med detta examensarbete är att utvärdera miljöpåverkan från olika betongssorter samt att undersöka två faktorer som bidrar till minskning av koldioxidutsläpp i atmosfären. De faktorer som ska undersökas är val av optimerat betongsrecept och alternativa bindemedel. Det optimerade betongrecept sker genom minskning av andel av cement och val av betongsammansättning där cement ersätts med alternativa bindemedel.En undersökningsstudie utfördes för att analysera miljöpåverkan av olika betongssorter med olika cementsmängd, vattencementtal och exponeringsklass. Dessutom utfördes en jämförelsestudie mellan vanlig betong och klimatförbättrad betong för att analysera klimatpåverkan av klimatförbättrad betong med olika förbättringssteg jämfört med vanlig betong. För att genomföra denna studie har olika betongsmängder, hållfasthetsklass och vattencementtal undersökas. Betonginformation hämtas från ett referensprojekt erhållna av Specialfastigheter för att sedan ersättas med klimatförbättrad betong i olika förbättringssteg.Resultaten visar att betong med lägre cementmängd och högre vattencementtal ger uppmärksammade minskning av byggnadens klimatpåverkan. Genom att minska cementmängden i betongen sänks andelen av cementklinker som ingår i bindemedlet cement, vilket i sin minskar klimatpåverkan. Dessutom visar även jämförelsestudien att byggnadens klimatpåverkan kan minskas mellan 10, 25 och 52 procent genom användning av klimatförbättrad betog. Detta beror på att klimatförbättrad betong ersätter en del av cement med alternativa bindemedel.Slutsatsen är att denna studie ger större möjlighet för byggbranschen att få ytterligare kunskap samt bättre förståelse om hur miljöpåverkning kan minskas genom att välja rätt betongtyp. Att välja betong med lägre hållfasthet, högre vattencementtal och högre andel av alternativa bindemedel bidrar till lägre klimatpåverkan från betong.

In the construction industry of today, many projects are getting bigger, higher and more complicated than ever before. The most important material in these projects is concrete and the process of casting has developed a lot during the last century. One specific casting procedure, the slipforming technique, is a well established method throughout the world and it is profitable when there are high demands on the aesthetics, the given time period is short, the structures are high and big or when a large number of standardized structures are to be cast. Slipforming is performed around the clock and due to the generally high work phase of today, slipforming is suitable because it can keep a steady phase without stopping. The material concrete is a subject that is constantly evolving and often new prescriptions, grades and types appear on the market. Experiments about for example alternative binders and different recipes have resulted in concrete being more flexible now than ever before. In general, one cannot find much information about how the concrete mix specifically should be when slipforming. Therefore, there is a need for investigating this further. This master thesis examines important properties and features that a concrete mix should possess to be suitable for slipforming. The choice of material composition and other affecting parameters are put forward to get a clear picture of how to accomplish an eminent slipform process. The study includes thorough investigations regarding both concrete and slipforms which formed an adequate foundation for the further research. Also, an examination on literature of how the two components work together, i.e. how the concrete behaves in a slipform, was carried out to the greatest possible extent. As expected, there was not much information written down about this subject which supported the alleged gap in the current literature. Subsequently, to obtain a deeper understanding of the matter, fifteen interviews were performed. The interviews formed a qualitative research process and the interviewees were consultants specialized in slipforming, project contractors and employees at concrete manufacturers. From the results, it can be concluded that there is no specific concrete mix advocated for slipforming. Important parameters such as stickiness, workability and hardening procedure are key aspects that need to be considered to create an adequate concrete mix. The basic things to keep in mind are that the amount of fine material should be small to avoid a sticky concrete, if crushed gravel is used it should be washed, the alternative binder should be adapted to the CEM I and the recommended alternative binders are PFA and GGBS. Further, the concrete mix is dependent on various other parameters that can be difficult to predict, such as weather and temperature at site, transport distance to site from the concrete factory and how well the site can keep a constant workflow around the clock. Accordingly, there is no standard recipe that is guaranteed to work in every project, but the most appropriate method is to perform tests on the possible mixes to be able to foresee how they will behave in the slipform. / Idag är byggprojekten större, högre och mer komplicerade än någonsin tidigare. Det viktigaste materialet i dessa projekt är betong och själva gjutningsprocessen har utvecklats väldigt mycket under det senaste århundradet. Glidformsgjutning är en väletablerad metod över hela världen och den är lönsam att använda när det ställs höga krav på estetiken, den angivna tidsperioden är kort, konstruktionerna är höga och stora eller när ett stort antal standardiserade konstruktioner ska gjutas. Glidformsgjutning utförs dygnet runt och på grund av den idag generellt höga arbetstakten är glidformsgjutning lämplig eftersom den kan hålla ett stadigt tempo utan att arbetet behöver stanna upp. Betong är ett material som ständigt utvecklas och det är inte sällan som det dyker upp nya recept, kvaliteter och typer på marknaden. Experiment med exempelvis alternativa bindemedel och olika recept har resulterat i att betongen nu är mer flexibel än någonsin tidigare. Generellt finns inte mycket nedskriven information om hur en betongblandning som specifikt lämpar sig för glidformsgjutning ska vara, därför finns det ett behov av att undersöka och sammanställa detta. Detta examensarbete utreder viktiga variabler, egenskaper och funktioner som en betongblandning bör ha för att lämpa sig för glidformsgjutning. Materialkomposition och andra parametrar som påverkar tas fram för att få en tydlig bild av hur man bäst åstadkommer en lyckad glidformsprocess. Studien omfattar en grundlig undersökning av både betong och glidformar som senare kom att verka som en grund för den vidare utredningen. Därtill genomfördes en litteraturstudie om hur de två komponenterna fungerar tillsammans, dvs. hur betongen beter sig i en glidform. Som förväntat fanns det inte mycket information om detta ämne vilket styrker det påstådda glappet i litteraturen. Därefter genomfördes 15 intervjuer med sakkunniga personer i branschen för att få en djupare förståelse av ämnet. Dessa intervjuer la grunden till den kvalitativa forskningsprocess som genomförts och de intervjuvade personerna var konsulter specialiserade på glidformsgjutning, projektentrepenörer och anställda hos betongtillverkare. Av resultatet att döma kan en slutsats dras om att det inte finns en enda, specifik betongblandning som lämpar sig för glidformsgjutning. Viktiga parametrar som klibbighet, arbetbarhet och härdningstid är nyckelaspekter som sätter grunden för att en lämplig betongmix kan tas fram. De grundläggande delarna att ha med sig är att mängden finmaterial ska vara liten för att undvika en klibbig betong, om krossgrus används ska det tvättas, det alternativa bindemedlet ska anpassas till cementet och de rekommenderade alternativa bindemedlen är masugnsslagg och flygaska. Vidare beror betongmixen också av ytterligare parametrar som kan vara svåra att förutse, som exempelvis väder och temperatur, transportsträcka till arbetsplatsen från betongfabriken samt huruvida arbetsplatsen kan hålla öppet dygnet runt eller inte. Således finns inget standardrecept som garanterat fungerar till samtliga projekt, utan det är lämpligast att göra tester för att kunna förutse hur betongmixen kommer att agera i glidformen och på så sätt prova sig fram.

Face à la finitude des ressources de la terre et de sa capacité d’absorption de la pollution, le développement d’écobétons pour un futur industrialisé durable représente un défi majeur de la science du béton moderne. En raison de sa nature hétérogène complexe, les propriétés macroscopiques du béton dépendent fortement des constituants de sa microstructure (ex. silicates de calcium hydratés [C–S–H], Portlandite, inclusions anhydres, porosité, agrégats, etc.). De plus, la nécessité d’une exploitation rapide et optimale des matériaux cimentaires émergents dans les applications industrielles demande de nos jours une meilleure compréhension de leurs particularités chimico-mécaniques à l’échelle micrométrique. Cette thèse vise à développer une méthode de pointe de couplage de la nanoindentation et de la spectroscopie quantitative aux rayons X à dispersion d'énergie (NI-QEDS), puis à fournir une caractérisation chimico-mécanique originale des phases microstructurales présentes dans les matrices réelles de ciments mélangés. La combinaison d’analyses NI-QEDS statistiques et déterministes a ainsi permis d’élargir la compréhension des systèmes avec ciment Portland et ajouts cimentaires (ACs) conventionnels ou alternatifs. Plus spécifiquement, l’étude des C–(A)–S–H (C–S–H incluant l’aluminium ou non) dans différents systèmes à base de ciments mélangés a montré des compositions différentes pour cet hydrate (variations dans les taux de Ca, Si, Al, S et Mg), mais ses propriétés mécaniques n’ont pas été significativement affectées par l’incorporation des ACs dans des dosages typiques. Les résultats présentés ont aussi démontré le rôle important des autres phases imbriquées dans la matrice de C–(A)–S–H, soit les inclusions anhydres dures (ex. le clinker et les ACs) et les autres hydrates tels que la Portlandite et les hydrates riches en aluminium (ex. les carboaluminates) avec des propriétés mécaniques plus élevées que celles des C–(A)–S–H. La thèse est basée sur cinq articles couvrant : (1) une analyse NI-EDS de systèmes incorporant des volumes élevés de pouzzolanes naturelles; (2) le développement de la méthode NI-QEDS; des analyses statistiques NI-QEDS (3) de systèmes avec cendres volantes et laitier, et (4) d’un système combinant ciment, calcaire et argile calcinée; et (5) une exploration déterministe NI-QEDS de systèmes conventionnels et alternatifs incorporant la poudre de verre, le métakaolin, le laitier ou la cendre volante. Finalement, en plus d’avancer les derniers modèles et méthodes micromécaniques, l’outil développé a fourni une perception chimico-mécanique originale des phases microstructurales et de leur arrangement. Le dévoilement de la signature chimico-mécanique de ces pâtes de ciments mélangés particulièrement complexes offre un savoir unique pour l’ingénierie des bétons de demain. / Abstract : Facing the limitedness of the earth’s resources and pollution absorption capacity, the development of eco-concrete for a sustainable industrialized future is one of the major challenges of modern concrete science. Due to its complex heterogeneous nature, the macro-scale properties of concrete strongly depend on the microstructure constituents (e.g., calcium-silicate-hydrates [C–S–H], Portlandite, anhydrous inclusions, porosity, aggregates, etc.). Moreover, the need for rapid and optimal exploitation of emerging binding materials in industrial applications urges today a better understanding of their chemo-mechanical features at the micrometer scale. This thesis aims at developing a state-of-the-art method coupling NanoIndentation and Quantitative Energy-Dispersive Spectroscopy (NI-QEDS), and providing an original chemo-mechanical characterization of the microstructure phases in highly heterogeneous matrices of real blended-cement pastes. The combination of statistical and deterministic NI-QEDS analysis approaches opened new research horizons in the understanding of Portland-cement systems incorporating conventional and alternative supplementary cementitious materials (SCMs). More specifically, the investigations of C–(A)–S–H (C–S–H including aluminum or not) in different blended-cement systems showed variable compositions for this hydrate (i.e., Ca, Si, Al, S and Mg contents), but the mechanical properties were not significantly affected by the incorporation of SCMs in typical dosages. The presented results also showed the important role of the other phases embedded in the C–(A)–S–H matrix, i.e., hard anhydrous inclusions (e.g., clinker and SCMs) and other hydrates such as Portlandite and Al-rich hydrates (e.g., carboaluminates) with mechanical properties higher than those of the C–(A)–S–H. The thesis is based on five articles focusing on: (1) the NI-EDS investigation of high-volume natural pozzolan systems; (2) the development of the NI-QEDS method; the statistical NI-QEDS analyses of (3) fly ash and slag blended-cement systems and of (4) a limestone-calcined-clay system; and (5) the deterministic NI-QEDS exploration of alternative and conventional systems incorporating glass powder, metakaolin, slag or fly ash. Finally, the developed tool not only advanced the latest micromechanical methods and models, but also provided original chemo-mechanical insights on the microstructure phases and their arrangement. Unveiling the chemo-mechanical signature of these highly-complex blended cement pastes further provided unique knowledge for engineering concretes for tomorrow.

The theoretical part of the thesis is devoted to the issue thermal insulation plasters which can be applied in the remediation of buildings. The practical part deals with optimizing the composition of thermal insulation plaster-based lightweight aggregate of the foam glass and with possible substitution of cement for other binders with latent hydraulic properties. The resultant plaster should meet the best ratio of mechanical and thermal insulating properties.

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”.