Sustainable Stable Ground

Bløte og sensitive jordtyper, som kvikkleire, byr på utfordrende forhold for infrastrukturutvikling i mange deler av verden. For eksempel er det anslått at mer enn 80 prosent av all dyrket mark, bosetninger og infrastruktur i Trøndelag og Østlandet (sør for Mjøsa) ligger under marin grense. Derfor krever store infrastrukturprosjekter i disse områdene betydelig grunnstabilisering. På grunn av kostnadseffektiviteten brukes grunnforbedring ved dypstabilisering med kalk-sement mye. Men gitt de store mengdene kalk og sement som brukes i disse prosjektene, og karbonintensiteten i produksjonen, er bidraget fra disse geotekniske arbeidene til karbonavtrykket for store infrastrukturprosjekter i Norge (og globalt) svært høyt, og ofte den største enkeltfaktoren. Dette prosjektet har som mål å utvikle en alternativ, effektiv og bærekraftig grunnforbedringsteknologi. Dette tverrfaglige prosjektet går gjennom ulike skalaer, fra grunnleggende kjemi på nanoskalering, til ingeniør- og industriskalaer som vurderer livssykluspåvirkninger. Vi har gjort betydelige fremskritt i å forstå oppførselen til kvikkleire på dens grunnleggende skala gjennom omfattende numeriske og eksperimentelle studier. Denne forbedrede forståelsen er avgjørende for å utvikle nye teknologier for grunnstabilisering. På mesoskalering tester vi for tiden forskjellige alternative materialer og løsninger. Disse testene er essensielle for å identifisere levedyktige tilsetningsstoffer og metoder for å erstatte kalk og sement i grunnstabilisering. Foreløpige resultater fra disse testene er lovende og indikerer et sterkt potensial for å oppnå en bærekraftig grunnforbedringsteknologi innen prosjektets slutt. Denne utviklingen kan betydelig redusere karbonavtrykket fra infrastrukturprosjekter i kvikkleireområder i Norge. I tillegg arbeider vi med å gjøre hele grunnstabiliseringsaktiviteten karbonnøytral eller til og med karbonnegativ. Dette innebærer injeksjon og nedgraving av CO2 i bakken under stabilisering, noe som ytterligere kan redusere miljøpåvirkningen fra disse prosjektene. Disse fremskrittene bringer oss nærmere målet om å skape en bærekraftig og effektiv grunnforbedringsteknologi, som potensielt kan revolusjonere infrastrukturutviklingen i områder med bløt jord.

Soft soil, such as marine clay, gives challenging conditions for infrastructure development in many places in the world, which requires enormous amounts of ground stabilization. In Norway the major challenge is quick-clay (non-swelling illite). Due to the cost effectiveness, ground improvement with lime-cement stabilization using deep-mixing technology is widely used. However, considering the huge amount of lime and cement used in ground improvement projects and the carbon intensity of lime and cement production, the contribution from these geotechnical works, to the carbon inventory of large infrastructure projects in Norway (and in the world in general), is very high. Many times, it is the largest single contributor. At the same time waste from concrete and bricks, and ashes are the largest contributors to the masses being deposited in Norway. These materials have a great potential as additives in the stabilizing technology. We aim to radically change the deep-mixing technology by introducing sustainable alternative stabilizers based on solid wastes and creating a circular economy around this technology. To achieve this goal, we need interdisciplinary research with a bottom-up combined experimental and modelling approach, across the scales and disciplines. At nano and sub-nano scale, we will employ a combination of numerical and experimental work starting with the water and ions interactions at illite-clay particle surfaces. At micro scale, we will combine thermodynamic modelling with experiments to investigate how the interactions between illite-clay and cementitious materials contribute to the microstructure and strength development. At macro scale, representative elements of stabilized clay will be tested and full-scale geotechnical problems simulated. Finally, we will calculate and compare the total environmental impacts of the alternative technologies.