Cement production produces a significant portion of CO₂ emission caused by human activity. The replacing of cement with alternative binders is one way to reduce the CO₂ emission from cement industry and to save natural resources. In Finland, approximately 500 000 tons of biomass fly ash is created annually. Part of this ash could potentially be utilized as a cement replacement material if current concrete standards are modified to allow the use of biomass fly ash as a raw material of structural grade concrete, but even under current legislation biomass fly ash could be already utilized in low value concrete and mortar products or applications.
In this study, the suitability of two biomass fly ash, from bubbling fluidized bed combustion, to partially replace cement in concrete was investigated. Cement was replaced also by milled sand to identify the effects of fine inert material. Replacement levels of 10%, 20% and 40% were used. Research methods included a grinding of materials, the preparation of mortar samples, evaluation of fresh mortar paste, strength measurements, calorimetry, electron microscopy, X-ray powder diffraction analysis and chemical analysis.
Results of the study demonstrated, that replacement of cement by biomass fly ashes or milled sand had a clear impact on the properties of fresh and hardened mortar. Both fly ashes involved the hydration of cement instead of acting just as a filler material. The chemical composition and performance of two studied fly ash differed greatly from each other and indicated that at least part of biomass fly ashes could be very potential alternatives to replace significant amounts of cement in concrete. On the other hand, some biomass fly ashes can also cause detrimental expansion when used in concrete. / Sementin tuotanto on vastuussa merkittävästä osasta ihmiskunnan aiheuttamista CO₂ päästöistä. Sementin korvaaminen vaihtoehtoisilla sideaineilla on yksi keino pienentää sementtiteollisuuden CO₂ päästöjä sekä säästää luonnonvaroja. Suomessa syntyy vuosittain noin 500 000 tonnia lentotuhkaa biomassan poltosta. Osa tästä lentotuhkasta voitaisiin mahdollisesti hyödyntää sementtiä korvaavana raaka-aineena, mikäli nykyisiä betonistandardeja muutetaan tulevaisuudessa sallimaan myös biomassan poltosta syntyvät lentotuhkat betonin raaka-aineina. Nykyisessäkin tilanteessa biomassan lentotuhkaa voitaisiin hyödyntää matala arvoisissa betonituotteissa ja sovelluksissa.
Työssä tutkittiin sementin osittaista korvaamista kahdella leijupoltosta peräisin olevalla biotuhkalla. Sementtiä korvattiin myös jauhetulla hiekalla eri vaikutusmekanismien selvittämiseksi. Tutkimuksessa käytettiin 10, 20 ja 40 % korvausasteita. Tutkimus metodit käsittivät materiaalien jauhamisen, kemiallisen koostumuksen analysoinnin, laastinäytteiden valmistamisen, tuoreen laastin ominaisuuksien arvioimisen, lujuusmittaukset, kalorimetrian, elektronimikroskopian sekä hydrataatiossa syntyneiden faasien määrityksen.
Tutkimuksen tulokset osoittivat, että sementin osittainen korvaaminen biomassan lentotuhkalla tai jauhetulla hiekalla vaikuttaa selvästi tuoreen sekä lujittuneen laastin ominaisuuksiin. Molemmat tuhkat vaikuttivat sementin hydrataatioon sen sijaan, että ne olisivat toimineet ainoastaan hienona täyteaineena. Tuhkien kemiallinen koostumus sekä vaikutukset valmistettujen näytekappaleiden ominaisuuksiin poikkesivat toisistaan huomattavasti. Tutkimuksen perusteella ainakin osa biomassa lentotuhkista voisivat korvata huomattavia osia betonissa käytettävästä sementistä. Jotkut lentotuhkista voivat puolestaan aiheuttaa betonin haitallista paisumista mikäli niitä käytetään sementtiä korvaavana ainesosana.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:oulo.fi/oai:oulu.fi:nbnfioulu-201601131005 |
| Date | 18 January 2016 |
| Creators | Rissanen, J. (Jouni) |
| Publisher | University of Oulu |
| Source Sets | University of Oulu |
| Language | English |
| Detected Language | Finnish |
| Type | info:eu-repo/semantics/masterThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, © Jouni Rissanen, 2016 |
Page generated in 0.0019 seconds