Betonin kehitys, vähähiilisyys ja uudet sideaineet

Abstract

Betoni on maailman käytetyin rakennusmateriaali, ja sen sideaineena käytettävä sementti aiheuttaa yksinään jopa 7 % globaaleista hiilidioksidipäästöistä. Sementin päästöistä noin 60 % syntyy kalkkikiven kalsinoinnissa kemiallisen reaktion väistämättömänä lopputuotteena, mikä tekee päästöjen vähentämisestä erityisen haastavaa.

Opinnäytetyön tavoitteena oli muodostaa ajantasainen kokonaiskuva betonin ja sementin päästöistä sekä perehtyä uusiin korvaaviin sideaineisiin. Työ rajattiin käsittelemään sideaineiden perusominaisuuksia, saatavuutta ja päästövähennyspotentiaalia. Lisäksi työssä tehtiin katsaus betonin kehitykseen ja sementin valmistukseen sekä kemialliseen perustaan.

Työ toteutettiin laajana kirjallisuuskatsauksena. Lähdeaineistona käytettiin esimerkiksi tutkimuslaitosten ja asiantuntijaorganisaatioiden raportteja, tieteellisiä artikkeleita, standardeja, alan käsikirjoja sekä muita rakennusalan julkaisuja. Kattavan ja luotettavan kokonaiskuvan muodostamiseksi lähdevalinnassa hyödynnettiin alan viimeisimpiä kansainvälisiä julkaisuja.

Tulokset osoittivat, että uusia korvaavia sideaineita tarvitaan, koska tavanomaisten korvaavien sideaineiden saatavuudesta on tullut rajoittava tekijä sementin seostamiselle. Samalla huomattiin, että uusien korvaavien sideaineiden kenttä on laaja. Erityisesti rajatusti käytössä olevat sideaineet, kuten LC3, biomassatuhkat ja kierrätetyt rakennusmateriaalit, vaikuttavat toimivilta ratkaisuilta. Myös täysin uudet korvaavat sideaineet osoittavat potentiaalia, mutta niihin liittyy myös merkittäviä epävarmuustekijöitä, jotka edellyttävät vielä lisätutkimusta ennen laajamittaista käyttöönottoa.

Concrete is the most widely used construction material in the world, and cement, which functions as its main binder, is responsible for approximately 7 % of global carbon dioxide emissions. Around 60 % of cement emissions originate from limestone calcination as a chemical by-product, making emission reductions particularly challenging.

The purpose of this thesis was to provide a comprehensive and up-to-date overview of the emissions associated with concrete and cement, and to examine new supplementary cementitious materials. The scope was limited to the basic properties, availability and emission reduction potential of these materials. Moreover, a review of the historical development of concrete, cement production, and the underlying chemical principles was conducted.

The study was conducted as an extensive literature review. The source material consisted, for instance, of reports by research institutes and expert organisations, scientific articles, standards, handbooks and other publications related to the construction industry.

The results indicated that new supplementary cementitious materials are needed, as the availability of conventional alternatives has become a limiting factor in reducing the clinker content of cement. The review also showed that the field of new alternative binders is broad. Binders with limited current use, such as LC3, biomass ashes and recycled construction materials, appear to be promising alternatives. Entirely novel alternatives also showed potential. However, they still involve significant uncertainties, and further research is required before their large-scale implementation.