Dare2C - Durable Aluminium Reinforced Environmentally-friendly Concrete Construction

DARE2C prosjektets hovedmål er å utvikle nye betongtyper som er mer miljøvennlig og har lengre levetid enn dagens kvaliteter. Prosjektet er todelt; 1) Målet er å bruke bauksittavfall (rødslam), en av verdens største industrielle avfallsstrømmer, som klinkererstatning og/eller som et supplerende sementholdig materiale for å redusere sementens CO2-fotavtrykk, samt å unngå rødslamdeponering. 2) Den andre delen har som mål er å erstatte dagens stålarmering med aluminiumarmering. Dette skal gjøres ved å utvikle nye sementblandinger som er kompatible med aluminium, og deretter utvikle design for aluminiumarmert betong. Fordelen er at aluminium i motsetning til stål er bestandig mot luft og sjøvann noe som gjør betongen mer holdbar og som tillater slankere betongkonstruksjoner. I tillegg er aluminium resirkulerbart og lett samt at den gjør det mulig å bruke sementtyper med lavt CO2 fotavtrykk. Del 1) FoU-prosjektet hadde et gjennombrudd når det gjaldt å redusere alkalinivået i bauxittrester (BR) ved å bruk eddiksyre. Testresultatene viste en reduksjon i natriumoksydinnholdet i Hydros BR fra 9,6% til <1%. Prosessen ser ut til å være enkel, og den kan muliggjøre bruk av BR som en delvis sementerstatning i betong. Den alkalireduserte BR har lovende egenskaper som et pozzolanisk materiale, og innledende undersøkelser indikerer også at betong basert på alkali-redusert BR er kompatibel med aluminium. Mulighetene rundt fortsatt forskning på BR for å følge opp de lovende resultatene fra den utviklede prosessen, vil bli vurdert. Del 2) DARE2C var basert på ideen om at bruk av aluminium som armering i betong kunne muliggjøre bruk av mer miljøvennlige sementer. Aluminium kan ikke brukes som armering i dagens kommersielt tilgjengelige betonger fordi den korroderer i det svært alkaliske miljøet. Likeledes hindres utviklingen av mer miljøvennlige leiresubstituerte (> 35%) sementer av den resulterende lave alkaliteten til disse betongene, som ikke er kompatibel med vanlig stålarmering. DARE2C hadde som mål å slå to fluer i ett smekk ved å kombinere aluminiums-armering med lav-CO2-sementbasert betong. I en vanlig betong vil sementen produsere kalsiumhydroksid som gir en blanding med høy pH. Prosjektet har utført tester som viser at ved å erstatte ca. 55% av sementen med en billig pozzolan som blåleire kalsinert ved 800oC, er kalsiumhydroksyd borte. Denne betongblandingen kan armeres med aluminium, og vil gi en holdbar, vedlikeholdsfri konstruksjon med ekstraordinær levetid. Systemet er mer miljøvennlig enn vanlig betong, og CO2-fotavtrykket reduseres ytterligere gjennom karbonatiseringen muliggjort gjennom høyere betongporøsitet. I løpet av prosjektperioden har egenskapene til forskjellige aluminiumslegeringer, inkludert skrapbasert metall, blitt studert med hensyn til tema som vedheft, termisk ekspansjon, elastisitet, formbarhet, holdbarhet og kompatibilitet med betongpastaen. For å utnytte materialenes egenskaper synes en samvirkekonstruksjon gunstige for forskjellige dekke- og brokonstruksjoner. Et betong/aluminium-samvirkeelement er levert til Hydro Aluminium Sunndal sin nye RoRo-kai for å demonstrere at en aluminium/betongkonstruksjon kan være en god løsning for et tungt belastet kai-dekke i et korrosivt miljø. Konstruksjonen er validert gjennom lab.test. Videre har prosjektet levert betongheller armert med aluminium til en universelt utformet inngangsrampe til Geitbåtmuseet i Valsøyfjord. Fasadeelementer er prefabrikkerte for å synliggjøre nye arkitektoniske muligheter med aluminiumsarmering, og det er vist hvordan designmønster kan lages fra brukte, smeltede motorblokker fra fossile biler. Demonstratorer, eksempler på positive miljøregnskaper og aktiv presentasjon av konseptet i ulike fora, har blitt møtt med mye entusiasme og interesse og har gitt prosjektet positiv dekning i magasiner og forskjellige medier. Del 2 av prosjektet vil fortsette med mål om kommersialisering av aluminiums-armerte betongkonstruksjoner via et nytt IPN-prosjekt. DARE2C-prosjektkonsortiet besto av følgende partnere: Norsk Hydro, Norcem, Veidekke, Overhalla Betongbygg, SINTEF og NTNU.

The main outcome is the development of a calcined clay-based concrete with lower carbon footprint than currently commercially available cements. It is compatible with (scrap-based) aluminium and has been realized in several small-scale demonstrators. The concrete's main features are that it - requires far less energy and CO2 emissions to produce - enables slimmer concrete structures - is maintenance-free - can absorb and store CO2 during use phase The partners have built up competence, networks and a broader material and process understanding through the project. The collaboration will continue in a new IPN project with the goal to commercialize of aluminium reinforced concrete structures. Opportunities for continuing the research on red mud as a supplementary cementitious material (SCM) will also be considered, following up on promising results from the pre-processing route developed in the current project.

The DARE2C project's main goal is to develop a new type of reinforced concrete that is more durable and more environmentally friendly than existing qualities. The aim is to replace about 30% of the clinker with less CO2-intensive cement constituents. The new constituents shall be produced from waste materials. It is expected that the new concrete may be considerably lighter than today's concretes. The main challenge is to ensure that the new concrete constituents are compatible. The concrete strength must be sufficiently high and the strength must be maintained throughout the expected lifetime of the concrete constructions. The R&D work will focus on sourcing the right raw materials, making new concrete blends, producing concrete samples and testing their properties. If successful, the project will not only provide an attractive new lighter concrete with reduced CO2 footprint, but also lead to new large markets for what is today considered waste materials. Partners in the project are Hydro ASA, Norcem AS, Veidekke Entrprenør AS, Sintef Byggforsk and NTNU