Detailed information, registration no.  2018-01430  
 
 
Research area:
Bebyggelse, övrigt
Granted:  2018-11-14
Name:
Tang, Luping
Title:  Professor
Sex:  Man
Email: tang.luping@chalmers.se
Univ./Department: Chalmers tekniska högskola - Byggnadsteknologi
Project title (sw): Vatten i gröna cementmaterial
Project title (eng): Water in "Green" Cementitious Materials
Adm. org.: Chalmers tekniska högskola
Classification: Byggproduktion, Annan samhällsbyggnadsteknik, Kompositmaterial och -teknik
Grant (SEK): Type of grant   2019 2020 2021      
  Projekt   999800 999800 999800      
Abstract: Vatten i "gröna" cementmaterialEn av de största utmaningarna som världen står inför är klimatändringar orsakade av utsläpp av växthusgaser. Den kanske viktigaste av dessa gaser är koldioxid, CO2. Produktion av cement för betongtillverkning är en av de enskilt största utsläppskällorna av CO2. I försök att minska mängden cement som används i betong har man under relativt lång tid arbetat med att ersätta den med tillsatsmaterial, till exempel flygaska, masugnsslagg och silikastoft. Dessa har en väsentligt lägre påverkan på klimatet än vanlig cement.Man har dock stött på problem i form av fuktskador i nya byggnader där dessa blandade bindemedel använts. Orsaken till skadorna står att finna i de nya produkternas annorlunda uppförande i fråga om fuktbindning och fukttransport jämfört med de traditionella. Kunskapen om varför de uppför sig annorlunda är idag bristfällig, varför detta har identifierats som ett område som behöver utforskas mer. Dessa problem har lett till en tveksamhet inom byggbranschen till att använda de nykomponerade bindemedlen i betong, därigenom hindrande en viktig reducering av de CO2-utsläpp som kommer från cementtillverkning.Det som framför allt behöver undersökas för att öka förståelsen är: molekylstruktur och vattnets beteende i hydratationsprodukter, porstruktur i hårdnad cementpasta och porlösningens kemiska sammansättning samt hur transportegenskaper påverkas av porstorlek och kemisk sammansättning. Detta behöver göras för olika typer av cementbaserade bindemedel. Utöver dessa undersökningar behöver praktiskt användbara testmetoder och lämpliga modeller för att beskriva vattnets tillstånd och uppförande i hårdnad cementpasta tas fram.De praktiska problem som kan kopplas till uttorkning är de nya produkternas avvikande sorptionskurvor. Dessa kurvor, som visar sambandet mellan omgivningens fuktighet och i materialet bundet vatten, är extremt viktiga för att i projekteringsfasen kunna säkerställa att man bygger fuktsäkert. De konventionella kurvor som används idag är framtagna ur data från 1960- och 1990-talet och är uppmätta från prover tillverkade av ren cement. En komplikation med sådana mätningar är att de är väldigt tidskrävande samt att många olika blandningar behöver undersökas för att få ett heltäckande underlag.Vatten i hårdnad cementpasta återfinns som kemiskt bundet (icke förångningsbart) med hydratationsprodukter och som bundet i porstrukturen (förångningsbart). Med hjälp av GEM, en mjukvara för geokemisk modellering, kommer det kemiskt bundna vattnet och dess stabilitet i olika hyratationsprodukter att utvärderas genom numerisk simulering baserad på kvantumkemi. Resultaten jämförs med experimentella mätningar och observationer med hjälp av ATR-IR (attenuated total reflectance infrared spectroscopy), TGA (thermogravimetric analysis), DSC (differential scanning calorimetry) och NMR (nuclear magnetic resonance).Porstrukturen i hårdnad cementpasta är enormt komplex med porstorlekar spännande mellan nanometer (gelporer) och tiondels millimeter (kapillärporer) och en betydande specifik area. Det, i kombination med andra faktorer, gör att vatten bundet i porstrukturen är svrt att mäta på konventionellt vis. Istället kommer den hårdnade cementpastans mikrostruktur och att undersökas med hjälp av numerisk simulering och experimentella mätningar i kombination med biologisk fysik. Mjukvaran CEMHYD3D kommer at användas för 3D-modellering av hydratationsförlopp och utveckling av mikrostruktur. Resultaten jämförs med tidigare nämnda GEM-simuleringar. Porstorleksfördelningar kommer att undersökas med ett flertal icke-förstörande porometrier och jämförs med konventionell MIP (mercury intrusion porometry). Andra metoder kommer att användas för att undersöka specifik area och dynamiken hos mobila vattenmolekyler.