Tilbake til søkeresultatene

OFFPHD-Offentlig sektor-ph.d.

Characterisation and quantification of sulphide minerals in concrete aggregates; deterioration potential of different sulphide variants.

Alternativ tittel: Karakterisering og kvantifisering av sulfid mineraler i betong tilslag; skadepotensiale av ulike sulfid varianter.

Tildelt: kr 1,8 mill.

Målet med denne doktorgraden er å finne mer pålitelige analyseteknikker for kvantifisering og karakterisering av svært skadelige sulfidmineraler i (lokale) steinmaterialer brukt i betongproduksjon. Steinmaterialer fra naturlige grusforekomster som tradisjonelt har blitt brukt som betongtilslag inneholder vanligvis mindre svovel enn materialer fra knuste forekomster. Minkende volum av tilgjengelige naturlige sandforekomster vil føre til at fremtidig betong etter hvert må produseres av 100% knust berg. Nyere data viser at nærmere 10% av ressursene basert på knust berg vil overskride dagens grenseverdier for svovelinnhold, med mindre de blir blandet med naturgrus. Dette øker behovet for standardiserte testprosedyrer med bedre forutsigbarhet og økt forståelse for samlet kvalitet. Å bestemme svovelkonsentrasjonen og å identifisere ulike varianter av sulfidminer i stein er en utfordrende oppgave. Gjeldende standard analysemetoder i bruk i dag oppnår ikke tilfredsstillende resultater i forhold til den strenge grensen for totalt svovel på maks 1 vol. % og så lite som 0,1 vol. % dersom det skadelige jernsulfidet magnetkis blir detektert i tilslaget (EN-12620). Disse verdiene er nær deteksjonsgrensen for standard instrumenter og metoder som brukes i dag. Grenseverdier for totalt svovelinnhold kan betraktes som konservative grunnet manglende forståelse for mekanismene for interne sulfatangrep i herdnet betong og usikkerhet rundt grenseverdiene for sulfidmineraler. Denne mangelen på kunnskap har ført til betydelig underkjenning av ellers høykvalitets betongtilslag fra knuste steinmaterialer. Det er imidlertid ikke mulig å forutsi hvorvidt en strengt kvantitativ modell med en forhåndsbestemt grenseverdi, eller en kvalitativ modell basert på spesifikke sammensetninger av sulfidmineraler som utløser ekspansive reaksjoner i betong, vil være sikrest og mest pålitelig. Derfor er forskning på pålitelig kvantifisering og karakterisering av ulike varianter av jernsulfider i steinmasser til betongtilslag viktig for å oppnå tryggere og mer effektiv bruk av lokale ressurser. Istedenfor å deponere stein på basis av relativt usikre kriterier, så vil et forbedret klassifiseringssystem kunne bane vei for lokal tilslagsproduksjon og gi et stort potensial for økt bærekraft for byggeprosjekter av alle størrelser. Lokal produksjon vil redusere deponering og forkasting, redusere transportkostnader og -utslipp og dermed øke den totale bærekraften til prosjektet. For å oppnå bedre utnyttelse av ?overskudds materiale? må analysemetodene ikke bare være pålitelige, men gi mulighet til at tilslagsprodusenter kan øke prøvehyppigheten på en effektiv og kostnadseffektiv måte.

The PhD-project characterisation and quantification of sulphide minerals; deterioration potential of different sulphide variants is part of the 2018 founded project Sulphide minerals in aggregates; impact on concrete durability (2020-2024) under the patronage of the Norwegian Road Administration (NPRA) and Bane NOR. Small amounts of sulphide minerals in concrete aggregates, particularly of the mineral pyrrhotite [Fe(1-x)S], may lead to expansion and severe deterioration of concrete structures. National awareness to the problem resurfaced during the construction of the Bane NOR Follo line project, when tunnel mass intended for use in pre-cast concrete lining of the tunnel had to be discarded because of elevated sulphur levels (> 0,1 wt.%) and the indication of pyrrhotite. What originally was intended to be a vanguard building approach, using local tunnel mass for construction with a tremendous environmental asset, caused additional expenses, due to use of external aggregates, in the range of > 100 million NOK for the project. Recent standardized analytical methods to distinguish the total amount of sulphur in aggregate samples are not precise enough and dismiss the importance of determining different sulphide variations mineralogically. Today`s standard method, the DTA-method, is after 60 years of service period still industry standard for the detection of pyrrhotite. The problem is that this equipment only is capable to indicate pyrrhotite and give a semi-quantitative results for the total S-content in the sample. Effective limit values are a combination of low analytical resolution and little knowledge about deteriourating mechanisms of sulphide minerals in concrete. This discreet value lead to that large amounts of otherwise high- quality resources are discarded for the use of concrete production rising the need for further Research.

Budsjettformål:

OFFPHD-Offentlig sektor-ph.d.

Finansieringskilder