Kalk bidrar til bærekraft

Kalksementpeler brukes til ulike formål hvor det er nødvendig å forandre materialegenskapene til jord: 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.

Statistisk Sentralbyrå publiserte i 2018 at klimagassutslippene fra bygg- og anleggs­bransjen økte med 58 % fra 1990 til 2016. De siste årene har det derfor vært stort fokus på hvordan klimagassutslippene kan reduseres, slik at Norge klarer å oppfylle sine forpliktelser i Paris-avtalen. Dette vil kreve at alle aktører i bransjen bidrar til at klimagassutslippene reduseres. Eksempler er forbedret materialproduksjon, optimalisering av materialbruken basert på pålitelig prosjektering av grunnforsterkning, og bruk av maskiner med lave utslipp.

I forbindelse med utbygging av den nye E6 forbi Klett, Trondheim, ble det blandet kalk og sement i over 44 000 borehull, der hvert hull var opptil 25 meter dypt. Til sammen utgjør samlet lengde av disse kalksementpelene over 900 km, som er mer enn avstanden Oslo – Bodø i luftlinje.

Kalkegenskaper og reaksjoner med leire

Bruk av brent kalk til grunnstabilisering virker både på kort og lang sikt. Brent kalk utløser en umiddelbar reaksjon som påvirker bæreevnen, og på lang sikt oppnås økt frostbestandighet og grunnfasthet. Brent kalk er derfor spesielt egnet som bidrag til avvanning av jord, aggregering av bindende jordpartikler, utveksling av ioner og en pozzolanisk reaksjon.

Med andre ord er de tekniske hovedegenskapene til kalk tørking og mineralisering, i tillegg som optimalisering av type og mengde bindemidler for bedret miljøeffekt.

Utviklingssamarbeid med fokus på bærekraft

NGI har samarbeidet med Franzefoss Minerals for å utvikle og øke kunnskapen om bruk av brent kalk og kalk-sement (KS) bindemidler for grunnforsterkning. Målet er å utvikle et bærekraftig bindemid­delsystem på basis av sertifiserte kalk- og sementprodukter, som bidrar til løsninger som sørger for at viktige utbyggingsprosjekter gjennomføres uten at det går på bekostning av klima, miljø og skredsikkerhet.

NGI har også i flere år fokusert på en mer effektiv utnyttelse av kalksementstabilisering i leire basert på lab- og feltforsøk. Resultatene viser at man kan redusere mengden innblandet kalk og sement sammenlignet med tidligere vanlig praksis. Styrken i felt er ofte høyere enn den som oppnås i laben.

NGI har på oppdrag for Franzefoss Minerals testet ut tre ulike kalk/sement­baserte bindemidler. Det er gjort forsøk med ulik mengde og type bindemiddel for å kunne sammenligne effekten av bindemidlene i sluttmaterialets styrke- og stivhetsegenskaper.

Kvikkleire fra NGTS <LINK> på Tiller-Flotten i Trondheim ble brukt i forsøkene. Resultatene viser tydelig økning i skjærfastheten med økende innblandingsmengde. Samtidig er det en tydelig økning i fasthet med økt andel brent kalk i bindemiddelet.

Klimaeffekt

En mulig klimaeffekt av disse resultatene kan analyseres ved å se på forholdet mellom styrken (skjærfastheten) av stabilisert leire og CO2-ekvivalent fra produksjon av bindemidler. Laboratorieforsøk viser at det er en fordel å benytte et bindemiddel med lav andel brent kalk (CaO) og samtidig redusere innblandingsmengden ned mot 30 kg/m³.

Med andre ord, for å redusere CO2-avtrykket bør bindemiddel med lavere reaktivitet og lav innblandingsmengde benyttes. Disse resultatene indikerer at det kan være mulig å få en mer miljøvennlig prosedyre for stabilisering av kvikkleire og likevel oppnå en effekt i styrke og stivhet av stabilisert materiale. Det er spesielt viktig at tilstrekkelig styrke og stivhet verifiseres med laboratorie- og feltforsøk, både på leirtypen som skal stabiliseres og i en anleggssituasjon. Det synes som at 30 kg/m³ er en nedre grense for mengden reaktivt bindemiddel som kan benyttes.

Videre forskning

Dette har nå resultert i et nytt forskningsprosjekt kalt SUSI - SUstainable Soil Improvement. SUSI ledes av NGI og er et samarbeidsprosjekt med Franzefoss Minerals, JLE Grunnforsterkning og Melhus kommune.

Prosjektet er finansiert av Regionale Forskningsfond (RFF) Trøndelag og skal gjennomføres i 2020. Hensikten er å finne ut hvor mye man kan redusere mengden av bindemiddel uten at det går på bekostning av ønsket styrke og stivhet i stabilisert leire. Målet er å bidra til en mer miljøvennlig prosedyre for stabilisering av sensitive leire, ved å redusere CO2-utslipp med minst 20 %.