Foto: Erik Burås for Samferdsel & Infrastruktur
Emner
Tekst
Lars Holm
Publisert
02.04.2021

Grunnstabilisering: Potensial for store utslippsreduksjoner

Parisavtalen pålegger Norge å redusere sine utslipp betraktelig, og dette legger press på bygge- og anleggsnæringen. Grunnstabilisering står for en betraktelig utslippsandel, og denne jobber Franzefoss Minerals sammen med NGI for å redusere.

Kalksementpeler brukes til ulike formål hvor det er nødvendig å forandre materialegenskapene i grunnen: øke styrken og forbedre deformasjonsegenskaper til kvikkleire eller bløte jordmasser uten store terrenginngrep. Metoden bruker en blanding av kalk og sement, og produksjon av disse materialene er assosiert med store klimautslipp. Franzefoss Minerals har i samarbeid med Norges Geotekniske Institutt (NGI) jobbet med forskningsprosjektet Sustainable Soil Improvement – SUSI, hvor prosjektmålet var å finne det optimale blandingsforholdet av kalk og sement for å forbedre styrkeegenskapene i kvikkleire.

– Vi har testet ulike sammensetninger av sement og kalktyper for å finne den optimale kombinasjonen av mengde og sammensetning av bindemiddel som gir betydelig forbedring av grunnens styrke, sier Magne Leunell Enger, Markedsansvarlig Bygg og Anlegg i Franzefoss Minerals AS.

– Et svært viktig moment i dette er at vi samtidig har vært ute etter å finne frem til det laveste CO2-fotavtrykket fra bindemiddelproduksjon, transport og installasjon av kalksementpeler.

Grunnstabilisering i store prosjekt

I store deler av landet er grunnen preget av at den er gammel sjøbunn med tykke lag av saltholdige leiresedimenter som kan bli ustabile, det vi kaller kvikkleire. For store byggeprosjekter kan det være helt nødvendig å stabilisere grunnen før man plasserer flere tonn per kvadratmeter grunn. Et eksempelområde er på Klett utenfor Trondheim. på 2010-tallet har det her blitt bygget ut ny E6 sørover. Klett er ei stor slette på vei i retning Melhus, og er en del av deltaet for elva Gaula. Grunnen her består av enorme mengder leire.

Foto: Erik Burås for Samferdsel & Infrastruktur

– Før selve vegutbyggingsprosjektet kunne starte ble det boret over 44 000 hull i bakken, hvert var opptil 25 meter dypt og med diameter på 60 - 80 centimeter, forklarer Enger.

– Kalk / sement (K/C) - peling består av en blanding av brent kalk og sement. Kalk og sement har forskjellige virkemåter: Kalk gir en umiddelbar reaksjon og tørker opp fuktighet i leiren tilnærmet umiddelbart. Under herdingen bidrar sement til høyere trykkfasthet mens kalk bidrar til større fleksibilitet i sidebevegelser.

Potensial for utslippsreduksjoner

Statistisk sentralbyrå fastslo i 2018 at klimagassutslippene fra bygge- og anleggsnæringen økte med 58 prosent i perioden 1990 til 2016. Næringen har derfor hatt et stort fokus på utslippsreduksjoner de siste årene.

– Grunnstabiliseringen på Klett utgjorde 25 prosent av vegprosjektets totale utslipp, sier Enger.

– Om vi hadde klart å redusere disse med for eksempel 30 prosent ville det betydd en formidabel reduksjon av utslippene. Det er derfor dette med å finne de riktige blandingsforholdene for K/C - blandingen er viktig, for det innebærer en potensielt kraftig reduksjon i utslippene for alle tilsvarende prosjekter i fremtiden. På Klett ble produktet Stabila B80 og sement tilsatt i cirka 80 kilo per kubikkmeter. I dag har Stabila B80 byttet navn til Terrapluss. Enkelt forklart blir produktet mindre reaktiv enn 100 prosent brent kalk. Forsøk viser at ved å tilsettes filterstøv, som ellers er et avfallsprodukt, blir produktet mindre reaktivt men gir også mindre utslipp.

Mindre reaktivitet gir likevel høy virkning

SUSI - prosjektet har eksperimentert med forskjellige blandinger og mengder, og funnet ut at denne mengden kalk kan reduseres ganske kraftig og likevel gi grunnen tilfredsstillende stabilitet.

Foto: Erik Burås for Samferdsel & Infrastruktur

– I eksperiment i laboratorium fant NGI ut at mengden bindemiddel kan reduseres ned mot 30 kilo per kubikkmeter og fortsatt vil det være stor forbedring av skjærfastheten i leire, sier Enger.

– NGI har også funnet at styrken ute i felt ofte vil være høyere enn det som oppnås i laboratoriet. De fant også at en godt kan bruke produkter med lavere reaktivitet enn Stabila B80, uten at dette kritisk forringer stabiliteten. Dette var også funnene da vi utførte SUSI - prosjektet i samarbeid med Melhus kommune, hvor vi kom til at 30 kilo per kubikkmeter er laveste grense for å oppnå ønsket effekt.

Brenning av kalken er nøkkelen

I kalkbruddet i Verdal i nordlige Trøndelag utvinnes det kalk. Forekomsten er en av de reneste i Europa med over 98 prosent kalkinnhold.

– Vi sprenger berget, knuser det til passelig kornstørrelse og maler dette i en mølle til kalksteinmel, forklarer Enger.

– Kalkmelet kan brukes til mange ting. Det er pH-stabiliserende og brukes for å øke matproduksjonen i landbruket og er livsviktig for å ha rent vann i springen. Kalken som brukes til grunnstabilisering blir brent på rundt 1100 grader og deretter kjørt i mølla. Det er strenge krav til støvutslipp. Støvet samles opp i filter under produksjonen og er en ressurs vil vi utnytte i stabiliseringsmarkedet. Når brent kalk blandes direkte med våt leire fører det til en pozzolanisk reaksjon og stivner, men ikke mer enn at den lar seg bearbeide med gravemaskin. For å oppnå høyere skjærfasthet blandes det inn sement. Ved K/C - peling tilføres bindemiddel igjennom et rør som går i senter på en miksearm. Denne drilles ned i den bløte leira. Selve blandingen foregår når miksearmen føres opp igjen ved at bindemiddelmiksen påføres med trykkluft. Blandingen er veldig basisk så riktig verneutstyr er påkrevd når en jobber med dette.

Kalk med allsidige bruksområder

Kalk har flere bruksområder. Franzefoss Minerals har utviklet teknikker for å kalke vassdrag for å gjøre vannet mindre surt. Kalkmel i naturlig form vil sørge for at surhet nøytraliseres. Hvis vi skal beholde laks i elvene våre er pH over 5,5 er viktig.

– Vi forsker også på andre bruksområder, sier Enger.

– Innen betongproduksjon opplever man nå at den viktige bestanddelen flyveaske fra kullkraftverk er vanskeligere å få tak i fordi kullkraftverk blir mindre utbredt. Flyveaske har vært et viktig element i sementproduksjonen. Hvis vi for eksempel erstatter 15 prosent av sementen med kalk, kan man lage en mer miljøvennlig betong. Til innendørs bruk kan slik betong være veldig aktuelt.

Mulig Master- eller Doktorgradsprosjekt

Enger er opptatt av hvordan man kan øke bruk av nullfraksjoner, altså fine rester som tradisjonelt ikke kan brukes. Mye forskning er gjort på hvordan kalk i asfalt og betong påvirker kvaliteten, men det kan med fordel forskes mer på testmetoder for bestandighet og levetid.

– Franzefoss Minerals vil gjerne komme i gang med forskning på dette, så hvis noen har en master eller doktorgrad de skal utføre, er det bare å ta kontakt, avslutter Enger.

Hold deg oppdatert med nyhetsbrev fra Samferdsel & Infrastruktur