15 april 2024 Dagens husgrunder byggs med kraftig överkapacitet och därigenom med en onödigt hög miljöbelastning. Nyforskning vid Lunds tekniska högskola visar att välfungerade plattor till husgrunder kan byggas med betongtyper med uppemot 60 procent lägre bindemedelsinnehåll än vad som är vanligt idag.
Moderna husgrunder i Sverige byggs ofta med betong i kvalitetsklass C20 eller högre. I enfamiljshus är lasterna från stomme och brukare normalt låga, vilket medför att betongplattors utnyttjandegrad är låg. Vi bygger våra husgrunder med kraftig överkapacitet, vilket innebär att vi orsakar onödiga koldioxidutsläpp och slösar med energi som används för att tillverka cement.
Vi vet samtidigt att under perioder med cementbrist, till exempel under och strax efter andra världskriget, använde man i Sverige betongtyper med betydligt lägre bindemedelshalt. Allteftersom krisen gick över, blev cement ett lättillgängligt och billigt byggmaterial. Kortare produktionstid hamnade i fokus, vilket medförde en utveckling mot mer bindemedelsrika betongtyper. Snabb uttorkning av betongplattan är idag ett styrande kriterium.
Ökade krav på att begränsa byggandets klimatpåverkan har medfört att det idag återigen finns ett starkt intresse för betongtyper med låg bindemedelshalt. Prisutvecklingen är ytterligare en faktor som talar för betong med lägre bindemedelshalt, eftersom både koldioxidlagring (CCS, från engelska Carbon Capture and Storage) och införande av alternativa bindemedel förväntas medföra kraftiga prisökningar.
Hur ska man gå till väga för att utveckla betongtyper med låg bindemedelshalt utan att de nya betongtyperna medför nackdelar som längre produktionstid och högre kostnader. Det var en av frågeställningarna som låg bakom ett forskningsprojekt som initierades vid Lunds tekniska högskola (LTH).
Två utvecklingslinjer
Två olika utvecklingslinjer har testats. Den ena innebär framtagning av traditionellt tillverkad betong med låga halter av bindemedel, den andra användning av cementbunden makadam. I fallet med traditionellt tillverkad betong har blandningar med en cementhalt på 4,5 – 8 viktprocent undersökts. För att få en lättbearbetbar konsistens, har lägre halter av bindemedel kompenserats genom tillsats av kalkstensmjöl. Exempel på lyckade blandningar visas i Tabell 1.
Cementbunden makadam (CBM) är en mindre vanlig betonglösning i Sverige. Principen bygger på att man lägger ut grovmakadam i önskad tjocklek, varefter man infiltrerar makadamlagret med ett lättflytande bruk (slurry), med gravitation som drivkraft. Injekteringsbetong är ett alternativt begrepp, liksom engelskans preset ballast concrete. Arbetsstegen visas i Figur 1 och exempel på lyckade blandningar i Tabell 1.
En utmaning med cementbunden makadam är att använda ett bruk som lätt tränger igenom makadamlagret. En avvägning måste göras mellan brukets flytförmåga och risken för separation. När det gäller makadamen, är grov makadam lättare att infiltrera än makadam bestående av finare stenfraktioner. Tvättad och blöt makadam är bättre än torr och otvättad. Tunna makadamlager är lättare att infiltrera än tjocka lager.
I projektet har grovmakadam bestående av stenfraktion 32 – 64 med tjockleken upp till 400 millimeter infiltrerats på ett effektivt sätt med bruk enligt Tabell 1. Brukets flytmått var över 900 millimeter. Hålvolymen med den aktuella stenfraktionen uppgår till cirka 55 procent, motsvarande en skrymdensitet på cirka 1300 kg/m3.
Makadamlager bestående av stenfraktion 16 – 32 millimeter är svårare att infiltrera med beskrivet bruk. Hypotesen är att sand med kornstorlek mellan 0 – 1 millimeter kan effektivare fylla ut hålrummen.
I examensarbetet Småhusgrund med cementbundet rivningstegel (2022) undersöktes möjligheterna att använda krossat rivningstegel som ballast. De tekniska utmaningarna ökar allteftersom man ersätter ballast av natursten med ökande andel med rivningstegel.
Betonghållfasthet
Ett antal mekaniska egenskaper har bestämts experimentellt, se Tabell 2. För den traditionellt blandade betongen medförde en sänkning av cementhalten med 45 procent en sänkning av tryckhållfastheten med cirka 50 procent. När det gäller cementbunden makadam, sänktes cementhalten med 65 procent, vilket medförde en sänkning av tryckhållfastheten med cirka 55 procent.
Den karakteristiska hållfastheten och elasticitetsmodulen för de traditionellt tillverkade betongsorterna bestämdes på kuber med 150 millimeters sidlängd. När det gäller cementbunden makadam, gjordes detta på kuber med 200 millimeters sidlängd, utifrån tanken att undvika alltför stor påverkan från grov ballast som placeras i en form med förhållandevis begränsad volym. Baserat på erhållna hållfasthetsvärden kan lågcementbetongen klassas som C10 medan den cementbundna makadamen som C9.
Elasticitetsmodulen och brottstukningen bestämdes genom mätningar med hjälp av trådtöjningsgivare. Elasticitetsmodulerna för lågcementbetong och cementbunden makadam, bestämda som sekantmoduler vid en lastnivå motsvarande 60 procent av den maximala lasten, är förhållandevis låga – cirka 8 respektive 5 GPa. Brottstukningen var mellan 5 – 6 ‰ och 2,4 – 4,6 ‰ för lågcementbetongen respektive den cementbundna makadamen. Resultaten är i linje med internationell erfarenhet.
När det gäller lågcementbetong, kan blandningar med ännu lägre cementhalt produceras. I forskningsprojektet vid LTH har traditionellt blandad betong med hållfasthetsklass C5 kunnat produceras med användning av 105 kg cement per kubikmeter betong.
Artikeln presenteras här i nedkortad version, läs hela artikeln som pdf här:
Miklós Molnár
LTH Konstruktionsteknik
David Wahlbom
WSP
tidigare LTH
Alice Sörmon
Arup Danmark
tidigare LTH
Elin Ryndahl
Skanska
tidigare LTH
