Sustainable Stable Ground

Bløte og sensitive jordtyper, som kvikkleire, skaper krevende forhold for infrastrukturutvikling i mange deler av verden. Det er anslått at mer enn 80 prosent av dyrket mark, bosetninger og infrastruktur i Trøndelag og Østlandet ligger under marin grense og kan være utsatt for kvikkleire. Store infrastrukturprosjekter i disse områdene krever derfor omfattende grunnstabilisering. Grunnforbedring ved dypstabilisering med kalk og sement er mye brukt på grunn av kostnadseffektiviteten. De store mengdene kalk og sement som benyttes, og karbonintensiteten i produksjonen, gjør imidlertid at disse geotekniske arbeidene gir et svært høyt bidrag til karbonavtrykket fra store infrastrukturprosjekter i Norge og internasjonalt – ofte som den største enkeltkilden. Prosjektet har som mål å utvikle en alternativ, effektiv og bærekraftig teknologi for grunnforbedring. Det kombinerer grunnleggende kjemi på nanonivå med ingeniør- og industriskala vurderinger av livsløpspåvirkning. Gjennom omfattende numeriske og eksperimentelle studier er forståelsen av kvikkleirens egenskaper på grunnleggende nivå betydelig forbedret, noe som har lagt grunnlaget for utvikling av nye stabiliseringsteknologier. På mesoskala er det utviklet og testet alternative bindersystemer med zeolitt og kalk som fjerner sement fra stabiliseringsprosessen. Norge har rikelige naturressurser av zeolitt, noe som gjør metoden særlig attraktiv og lokalt bærekraftig. Omfattende laboratorietester viser at de nye bindemidlene fungerer svært godt og er egnet for stabilisering av bløt leire. I tillegg arbeides det med å gjøre selve grunnstabiliseringsaktiviteten karbonnøytral eller til og med karbonnegativ gjennom injeksjon og lagring av CO2 i grunnen under stabiliseringsprosessen. Disse tiltakene kan ytterligere redusere miljøpåvirkningen. Samlet representerer dette et stort skritt mot en bærekraftig og effektiv teknologi for grunnforbedring med potensial til å redusere – eller til og med reversere – karbonavtrykket fra grunnstabiliseringsprosjekter.

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.