Cement manufacture accounts for 3-5 percent of total global carbon emissions. There is a growing interest in reducing the environmental impact and conserve limited natural resources. In cement production, clinker productions consume 87.5 percent of the total energy consumed in the cement manufacture.Cementa has since many years, focused on reducing the environmental impact of cement production. The work has involved the entire production process from selection of alternative fuels to the development of cement with less clinker content. During 2013/2014, two new types of cement (Bascement and CEM II / B) will be introduced to the Swedish market. Cementa is also working to reduce cement use in concrete and this thesis is a part in this work. By developing better concrete proportioning tool based on a better understanding of the influence of the concrete constituents on the fresh concrete properties, cement consumption is reduced. The following report deals with new types of cement with less clinker content, where the clinker partially is replaced by fly ash, slag and limestone. As a reference, the study takes today's construction cement from Slite and Skövde. The study aims to find out how today´s construction cement and the new cement types differ in their rheological properties. Experiments have been conducted on mortar and concrete with different plasticizers and air-entraining agents. The study also addresses air-entrainment demand and open time of fresh concrete with new cement types. The results show that the new cement types, Bascement and CEM II/B, have better rheological properties than their references Slite and Skövde cement. Regarding the demand for air-entraining agent’s, Bascement show significantly greater demand than Slite cement, while the difference in air-entraining demand between Slite cement, Skövde cement and CEM II / B is very small.Furthermore, the results show that concrete with Bascement constitutes larger 28-day strength than the concrete with Slite cement, while the concrete strength with CEM II/B is similar to its reference cement Skövde. Since the strength development properties are dealt with in previous studies, these test series are limited to 28-days strength testing only.

The following thesis is a comparison study which was performed in cooperation with Sika Sverige AB. The project was to examine concrete’s behaviour while being subjected to different accelerators which is used to speed up the hardening process in young concrete. Sika provided the materials and the instructions for the tests that were made. The tests used where almost like the tests being performed at Sika’s laboratories but with some adjustments to the testing equipment. According to the results of the tests a clear difference between the different accelerators were found. The conclusion that the efficiency of the different accelerators were affected on several variables such as cement type, hardening age and hardening temperature were drawn. Because of the corona outbreak (2020) the tests could not be performed in Sikas laboratories. The tests were therefore carried out at a temporary laboratory without any direct supervision and some professional equipment could not be obtained which resulted in replacements with creative solutions. These changes affected the individual test results with high certainty but should not interfere with the conclusions on account that all test samples were subjected to the same circumstances.

Tillverkning av portlandklinker står för ungefär fem procent av världens totala koldioxidutsläpp. Det finns därför ett allmänt intresse att minska användandet av portlandklinker. Klinkern kan antingen ersättas av andra cementerande material, eller så kan nya cementsnåla recept utformas. I den här rapporten har två cement med inmald flygaska respektive slagg från Cementa AB undersökts. För att undersöka klinkerersättnings-materialens potential har tester för tryckhållfasthet, uttorkningskrympning, bindetid, värmeutveckling och arbetbarhet utförts. Resultaten visar att skillnaderna mellan försökscementen och byggcementet är så pass små att båda bör kunna användas som byggcement. Ytterligare har ultrafiller av kalksten använts som ersättare för att minska cementhalten i betongen. Det går lika bra att delvis ersätta försökscementen med ultrafiller som det gör för byggcementet. Med cementsnåla recept och större del ersättningsmaterial finns det stora möjligheter att spara på energi och miljö. Detta borde i framtiden kunna leda till ett bättre och mer miljövänligt byggmaterial. / Manufacture of clinker is responsible for about five percent of the total global carbon dioxide emissions. Therefore, there is a general interest in reducing the use of clinker. Clinker can either be replaced by other cementitious materials, or reduced by using lean-cement recipes. This report examines two experimental cements, one with fly ash and one with slag, developed by Cementa AB. To examine the potential of clinker replacement materials, tests for compressive strength, drying shrinkage, initial setting, heat generation and workability, were performed. The results show that the differences between the experimental cements and the reference are so small that both are useable as building cements. In addition, an ultrafine filler of limestone is used as a replacement material for further reduction of the clinker content in concrete. It was also found, that it is just as efficient to partly replace the experimental cements with ultrafine filler as in the reference cement. There are great opportunities to save energy and the environment impact with both clinker-saving cement recipes and with cement replacement materials. This should lead to a better, more environmentally friendly, building material in the future.

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.

Betong är vårt vanligaste byggmaterial men cement står globalt sett för 5 % av CO2-emissionerna. Med detta som bakgrund så har CBI Betonginstitutet anordnat en tävling, där målet är att nå den högsta tryckhållfasthet i en resurssnål betong, med enbart 200 kg cement per m3. Syftet med denna rapport är att utvärdera tävlingen, vilket har utförts genom en omfattande litteraturstudie.  En första analys av de olika betongrecepten medförde att olika grupperingar kunde urskiljas. Ur dessa fanns det tre stycken vars resultat var väldigt bra.   Concrete Innovation Centre, som med ett lågt vct, stora mängder granulerad masugnsslagg (81 %) och lite silikastoft (5 %), uppnådde en tryckhållfasthet på 80 MPa vid 28 dygn och 95 MPa vid 56 dygn.   CBI Stockholm, som genom användandet av ulltrafint filler och silikastoft (4,8 %), uppnådde en tryckhållfasthet på 84 MPa vid 28 dygn och 98 MPa vid 56 dygn.   Thomas Concrete Group som genom att ersätta cementet med en medelmåttig mängd granulerad masugnsslagg (54 %), liten mängd flygaska (9 %), kalkfiller och silikastoft (5 %), uppnådde en tryckhållfasthet på 94 MPa vid 28 dygn och 98 MPa vid 56 dygn.  Det finns således tre recept som vidare studier kan vara rättfärdigade på, de tre ovan nämnda. Det bör tilläggas att en imponerande tryckhållfasthet på nästan 100 MPa, kan uppnås i en betong med enbart 200 kg cement per m3. / Concrete is the most frequently used construction material, but cement globally stands for 5 % of the world’s CO2 emissions. With this as a background CBI Betonginstitutet has arranged a competition, where the goal is to reach the highest compressive strength in a resource economic concrete, with only 200 kg cement per m3. The purpose of this report is to evaluate the competition, which has been done via a substantial literature study.  A first analysis of the different concrete recipes resulted in that different groups could be identified. From these there were three recipes whose result was very good.   Concrete Innovation Centre, which with a low w/c, a high amount of ground granulated blast furnace slag (81 %) and little silica fume (5 %), reached a compressive strength of 80 MPa at 28 days and 95 MPa at 56 days.   CBI Stockholm, which by the usage of ultrafine filler and silica fume (4,8 %), reached a compressive strength of 84 MPa at 28 days and 98 MPa at 56 days.   Thomas Concrete Group, which by replacing the cement with a moderate amount of ground granulated blast furnace slag (54 %), a small amount of fly ash (9 %), lime filler and silica fume (5 %), reached a compressive strength of 94 MPa at 28 days and 98 MPa at 56 days.  The conclusion is that there are three recipes that further studies are justified to continue with, the three mentioned above. It should be added that an impressive concrete compressive strength of almost 100 MPa, can be reach with the use of only 200 kg cement per m3.

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%.

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”.