Sementindustrien står for rundt fem prosent av alle menneskeskapte CO2-utslipp. Ved utvikling av nye sementtyper kan store mengder energi og ressurser spares, og utslippet av klimagasser reduseres betydelig.

– Den synergiske effekten som vi oppdaget mellom flygeaske og kalksteinsmel i Portland komposittsementer har gitt en ny type miljøvennlige sementer på det norske markedet, sier Klaartje de Weerdt. Hun disputerte for PhD-graden i 2011 med avhandlingen "Blended cement with reduced CO2 emission - utilizing the fly ash-limestone synergy".

De Weerdt er ansatt som forsker ved SINTEF Byggforsk. Forskningsarbeidet som presenteres i avhandlingen er utført i samarbeid med NTNU og Norcem AS, og inngår som en del av aktiviteten i Concrete Innovation Centre (COIN).

Klinker byttes ut
Ved sementproduksjon slippes det ut store mengder CO2, omtrent 1 tonn CO2 per tonn klinker hvis ingen tiltak er iverksatt. Rundt 40 prosent kommer fra forbrenning av drivstoff, finmaling mv., og 60 prosent fra dekarbonisering av kalkstein for å danne klinkermineraler.

En måte å redusere CO2-utslippene på er å erstatte deler av klinkeren med andre materialer, slik som slagg, kalksteinpulver, flygeaske, silikastøv og naturlige pozzolaner. Type erstatningsmaterialer avhenger av tilgjengelighet (mengde, pris og transportmuligheter), og avhenger derfor av sementfabrikkens geografiske beliggenhet.

Kjemisk reaksjon
Doktorarbeidet til De Weerdt har vist at å ersatte deler av klinkerne med en kombinasjon av flygeaske og kalkstein er mer effektivt enn å kun bruke en av delene. Kalksteinpulver aksellererer den tidlige hydratasjonen i større grad en flygeaske, mens flygeaske bidrar til å styrke utviklingen på senere stadier ved pozzolanreaksjon.

– Når flygeaske og kalksteinpulver blandes sammen skjer det en synergisk kjemisk reaksjon mellom dem. Dette fører til større volum på hydratene, noe som reduserer porøsiteten og øker trykkstyrken, forklarer De Weerdt.

Riktig forhold viktig
Den observerte effekten mellom flygeaske og kalkstein muliggjør høyere erstatningsnivåer av sement enn når bare en av delene blir brukt. Samtidig er riktig doseringsforhold med erstatningsstoffene viktig for optimal effekt. Ved eksempelvis for høyt kalksteinsinnhold synker trykkstyrken, ettersom den ekstra kalksteinen da hovedsakelig fungerer som uvirksom fyllmasse i betongen. Den mest optimale bindemiddelsammensetningen dokumentert i doktorarbeidet er 65% ordinær Portlandsement +30% flygeaske +5% kalkstein.

– Studiens gyldighet blir demonstrert av det faktum at sement med den optimale sammensetningen dokumentert i denne studien, nylig har blitt brukt til å bygge Meteorologisk institutts nybygg Tallhall i Oslo, og Vitenskapssenteret i Østfold, sier De Weerdt.