Betonissa sementtiä korvaavat uudet sideaineet

Abstract

Betonin pääasiallisen sideaineen, portlandsementin, tuotanto vapauttaa valtavat määrät hiilidioksidia ilmakehään. Tässä kandidaatintyössä tarkastellaan uusia sideaineita tai seosaineita, joilla portlandsementti voitaisiin korvata. Tavoitteena on selvittää uusien sideaineiden saatavuus, lujuusominaisuudet ja muut oleelliset ominaisuudet, ja pohtia sideaineiden mahdollisuuksia portlandsementin korvaajina tutkittujen ominaisuuksien perusteella. Työ toteutettiin kirjallisuustutkimuksena ja aineistoina käytettiin pääasiassa internetistä löytyviä tutkimuksia. Työssä käsitellyt uudet sideaineet voidaan jakaa kahteen ryhmään: geopolymeerit, joiden käyttö ei vaadi portlandsementtiä toimiakseen ja seosaineet, joilla portlandsementistä saadaan korvattua osa. Geopolymeerit ovat joukko kovan polymeerirakenteen saavuttavia materiaaleja, joiden valmistukseen voidaan käyttää laajaa valikoimaa erilaisia alumiinisilikaatteja eli materiaaleja, joiden alumiinioksidien ja piioksidien pitoisuudet ovat suuret. Kalsiumpitoisesta savesta tai kiviaineksesta valmistettu metakaoliini on hyvä alumiinisilikaatti. Geopolymerisaatio käynnistyy alumiinisilikaatin reagoidessa emäksisen alkaliaktivaattorin kanssa. Geopolymeerien fyysiset ominaisuudet ovat yhtä hyviä tai parempia kuin portlandsementin. Ominaisuudet muuttuvat voimakkaasti geopolymeerin ainesosien laadun ja määrän mukaan. Geopolymeerien hiilipäästöt ovat huomattavasti portlandsementtiä alhaisemmat. Työssä käsitellään uusia seosaineita, joiden käyttö niiden suuren saatavuuden ansiosta vaikuttaisi järkevältä. Tällaisia seosaineita ovat yhdyskuntajätteenpolton kuona, puunpolton tuhka, riisinkuoren tuhka ja valokaariuunin kuona. Myös metakaoliinin käyttöä portlandsementin osittaisena korvaajana tarkastellaan. Osittaisilla korvaajilla ei päästä tarpeeksi suureen korvausasteeseen, jotta niiden käyttö portlandsementtiä korvaavana seosaineena olisi päästöjen pudottamisen kannalta järkevää. Suurimmalla osalla työssä käsitellyillä seosaineilla ei voida korvata portlandsementtiä kuin joitain prosentteja, sillä ne vaikuttavat heikentävästi puristuslujuuteen. Riisinkuoren tuhkan, metakaoliinin ja valokaariuunin kuonan käyttöä voitaisiin kuitenkin tutkia lisää.