The use of Ultra High Performance Fibre Reinforced Concrete (UHPFRC) in the construction industry started in the 1990s and has since then been used for bridges all over the world. The mechanical properties and the dense matrix result in lower material usage and superior durability compared to conventional concrete, but the implementation of UHPFRC in the Swedish industry has been delayed. The most evident explanation, based on interview with industry representatives, as to why UHPFRC is not commonly used in Sweden are due to the lack of standards and knowledge. UHPFRC also has a high cement content and the cement industry contributes with high carbon dioxide (CO2) emissions to the total CO2 emissions in the world. This MSc Thesis looks into if a UHPFRC bridge is a feasible alternative to a conventional reinforced concrete structure bridge from design and material usage perspectives, regarding reduction of CO2 emissions. The project’s overall goal is to increase the knowledge in Sweden about the material, regarding the production, mechanical properties and behaviour of UHPFRC, and the design, regarding the difference in design between UHPFRC and conventional concrete bridges. To examine the material, a UHPFRC mixture with short straight steel fibres was developed. Specimens were tested to see how the different fibre contents affect the mechanical properties and which fibre content that is most favourable. Three different fibre contents were tested: 1.5%, 2.0% and 2.5% of the total volume of the mixture. The tested and evaluated mechanical properties were workability, flexural strength, tensile strength, fracture energy, compressive strength and modulus of elasticity. This study does not contain tests of durability of UHPFRC, however trough the literature review it was investigated to what extent the fibres affect the durability. It was concluded that an increase in fibre content results in improved mechanical properties, except for workability and in some cases when using a fibre content of 2.5%. The increase in the mechanical properties is due to the increased cracking resistance and the bond strength between the fibres and the matrix. The decrease in the mechanical properties, e.g. characteristic tensile strength and compressive strength of cylinders, for 2.5% in fibre content can be due to uneven fibre distribution and higher amount of air in the specimens which result in less strength. It was concluded that 2.0% in fibre content is most favourable. It was possible to conclude that the degradation of the fibres takes a long time, however not to what extent the fibres will affect the durability. To evaluate if UHPFRC is a viable economical and environmental alternative to regular concrete bridges, three cases of bridge design are considered. Two cases with UHPFRC (different thickness) and one case with conventional concrete. Up to 2017 only technical guidelines and recommendations for design with UHPFRC existed, but in 2017 the first approved standards in the world were published. The French national standards cover material (NF P18-470, 2016) and design (NF P18-710, 2016) and were used for the design process. The material usage regarding the amount of reinforced UHPFRC/concrete and steel reinforcement as well as the amount of CO2 emissions from the production of cement and steel (fibre and steel reinforcement) used for the bridges in the mid-span and at the support were investigated. The design process was also evaluated. It was concluded that the UHPFRC bridge with an optimized thickness was 47% lighter than the conventional concrete bridge, but the amount of CO2 emissions was still higher (e.g. 23% from the support). To be able to determine if a UHPFRC bridge is a feasible alternative to a conventional concrete bridge, with regards to the reduction of CO2 emissions, the CO2 emissions have to be observed in a wider perspective than only from the production of cement and steel, e.g. fewer transports and longer lifetime. / Användningen av ultrahögpresterande fiberbetong (UHPFRC) i anläggningsindustrin började på 1990-talet och har sedan dess använts till broar i hela världen. De mekaniska egenskaperna och den täta UHPFRC matrisen resulterar i lägre materialanvändning och bättre beständighet i jämförelse med konventionell betong, men användningen av UHPFRC har inte slagit igenom i den svenska industrin. De största förklaringarna till varför UHPFRC sällan används i Sverige är för att det inte har funnits kunskap och standarder. UHPFRC har också en hög cementhalt och cementindustrin bidrar med höga koldioxid (CO2) utsläpp till de totala CO2 utsläppen i världen. Den här masteruppsatsen skrevs för att undersöka om en UHPFRC bro är ett möjligt alternativ till en konventionell betongbro ur dimensionering- och materialanvändningssynpunkt med avseende på reduktion av CO2 utsläpp. Projektets övergripande mål är att öka kunskapen om materialet, med avseende på tillverkningen, de mekaniska egenskaperna och beteendet av UHPFRC, och dimensionering, med avseende på skillnaden i dimensionering mellan UHPFRC broar och konventionella betongbroar. I materialdelen utvecklades ett UHPFRC recept med korta raka stålfibrer. Provkroppar testades för att se hur olika fiberinnehåll påverkade de mekaniska egenskaperna och vilket fiberinnehåll som var mest gynnsamt. Tre olika fiberinnehåll testades: 1.5%, 2.0% och 2.5% av total volym av blandningen. De mekaniska egenskaperna som testades och utvärderades var bearbetbarheten, böjhållfasthet, draghållfasthet, fraktur energi, tryckhållfasthet och elasticitetsmodul. Beständigheten av UHPFRC testades aldrig men i vilken omfattning fibrerna påverkar beständigheten undersöktes i den litteraturstudie som skrevs inför testerna och tillverkningen av UHPFRC. Det konstaterades att en ökning i fiberinnehåll resulterade i en ökning av de mekaniska egenskaperna, förutom för bearbetbarheten och i vissa fall när ett fiberinnehåll av 2.5% användes. Ökningen av de mekaniska egenskaperna berodde på det ökande sprickmotståndet och bindningsstyrka mellan fibrerna och matrisen. Minskningen av de mekaniska egenskaperna, till exempel den karakteristiska drag- och tryckhållfastheten, när ett fiberinnehåll på 2.5% i cylindrar användes kan bero på ojämn fiberfördelning och större mängd luft i provkropparna vilket resulterar i lägre hållfasthet. Det konstaterades att ett fiberinnehåll på 2.0% var det mest gynnsamma. Det kunde inte konstateras i vilken omfattning fibrerna påverkar beständigheten men det kunde konstateras att nedbrytningen av fibrerna tar lång tid. I dimensioneringsdelen utformades tre slakarmerade balkbroöverbyggnader, i två fall var överbyggnaden med UHPFRC (olika tjocklekar) och i ett fall var den med konventionell betong. Fram till 2017 fanns det bara tekniska riktlinjer och rekommendationer för UHPFRC men 2017 publicerades de första godkända standarderna i världen. De franska nationella standarderna täcker material (NF P18-470, 2016) och dimensionering (NF P18-710, 2016) och användes vid dimensioneringen. Materialanvändningen med avseende på mängd armerad UHPFRC/betong och slakarmering och mängd CO2 utsläpp från produktionen av cement och stål (fibrer och slakarmering) som användes till broarna i mittenspannet och vid stöden undersöktes. Även dimensioneringsprocessen utvärderades. Det konstaterades att UHPFRC bron med optimerad tjocklek var 47% lättare än betongbron men mängden CO2 utsläpp var fortfarande högre (till exempel 23% högre från stödet). Det konstaterades att om det ska vara möjligt att fastställa att en UHPFRC bro är ett möjligt alternativ till en konventionell betongbro, med avseende på reduktion av CO2 utsläpp, måste CO2 utsläppen ses från ett bredare perspektiv än från bara produktion av cement och stål, till exempel mindre transporter och längre livslängd.

Shotcrete (sprayed concrete) was used for the first time in 1914 and has become of  growing importance in stabilizing the excavated tunnel sections over the past century.  Even though the technology develops, there are some difficult tasks such as the design of a bolt anchored tunnel lining made of shotcrete. A proven and established design method does not exist today; instead the design of tunnel linings are based on trial and error or experience from similar projects. One method used today, to determine the actual structural behavior of fiber reinforced shotcrete, is the standard beam test method. Previous studies have shown that the beam method gives scattered results since the testing volume are relatively small and the fibers might be unevenly distributed.  In 1998, an alternative to determine the actual structural behavior of reinforced shotcrete was proposed, based on using round determinate panels. In 2004 this method became a part of the American Society for Testing and Materials, ASTM, standards. The method has the potential of becoming a major, reliable test procedure that better reproduce the behavior of reinforced shotcrete in situ, compared to test beams. An experimental test series was performed to compare the different testing methods in terms of data variability and validity, in the laboratory of Vattenfall in Älvkarleby. The experiment was performed on 30 specimens in total, with five different concrete recipes. The difference in the recipe was the fiber and cement content. The round panels are designed according to ASTM C-1550 and the beams according to SS-EN14488-3. The results from the experiment is here presented and evaluated, and also including the data variability and validity for the proposed method. The two basic testing methods of using beams and round panels are investigated, compared and evaluated, and their advantages and disadvantages discussed. / Sprutbetong användes första gången år 1914 och har under det gångna århundradet blivit allt viktigare för att stabilisera utsprängda tunnelsektioner. Trots att tekniken utvecklas finns det svårigheter med att exempelvis utforma bultförankrade tunnelbeklädnader av sprutbetong. En beprövad och etablerad metod att konstruera sprutbetongbeklädnad existerar inte idag. Istället används erfarenhetsåterföring från tidigare projekt och/eller experimentella försök. En testmetod som används idag för att återskapa beteendet hos sprutbetong är balkförsök. Tidigare studier har däremot visat att resultaten från försöken oftast har stor spridning vilket kan bero på att brottytorna är små areor där fibrerna kan vara ojämnt fördelade vilket påverkar resultaten. År 1998 föreslogs en alternativ metod för att fastställa de mekaniska egenskaperna hos sprutbetong, baserat på användning av runda plattor. År 2004 blev denna metod en del av the American Society for Testing and Materials, ASTM, standarder. Metoden har potential att bli en viktigt och tillförlitligt testmetod som mer realistiskt efterliknar beteendet hos fiberarmerad sprutbetong jämfört med balkprovning. En experimentell försöksserie har genomförts hos Vattenfall i Älvkarleby, för att jämföra de två metoderna med avseende på mätosäkerhet. Försöksserien är på totalt 30 prover, där fem olika betongrecept använts. Cementmängden och fiberhalten varierade mellan de olika recepten. De runda plattorna är utförda enligt ASTM C-1550 och balkarna enligt SS-EN14488-3. Resultaten från försöken har redovisats och utvärderats, och en mätosäkerhersanalys presenteras för metoden ASTM C-1550. Korrelationen mellan resultaten från de två metoderna är beräknad och varianskoefficienten presenteras. För- och nackdelar mellan båda testmetoderna diskuteras.