Användning av skal från blåmusslan Mytilus edulis som substitut till cement -En studie med fokus på den kemiska kompositionen och dess inverkan på tryckhållfastheten

Abstract

Cement är en viktig beståndsdel i murbruk och betong. Dessa byggnadsmaterial är några av de mest använda materialen i dagens samhälle. Produktionen av cement står för hela 8% av världens totala koldioxidutsläpp. Genom att substituera en viss andel cement mot musselskal skulle en minskning av koldioxidutsläpp kunna uppnås. För att det ska vara möjligt att substituera cement mot musselskal måste musselskalens egenskaper som bindemedel undersökas närmare. Utifrån denna problematik har frågeställningen formulerats till att studera blåmusselskal av typen ”Mytilis edulis” utifrån dess kemiska egenskaper för att undersöka hur dessa fungerar som substitut till cement. Genom att undersöka olika procentsatser av cement substituerat med musselskal kunde slutsatser dras om dess lämplighet som substitut. De procentsatser som undersöktes var prover där 5, 15, 30 och 50 vikt% byggcement ersatts med bränt blåmusselskal. För att avgöra om bränning av musselskal gav någon effekt på dess lämplighet som substitut studerades också byggcement med 5 vikt% ersatt med obränt musselskal. Alla prover med inblandat musselskal jämfördes mot byggcement som referens. Metoden som användes för att studera musselskalens materialegenskaper var hållfasthetsanalys genom tryckhållfasthetstest. För att undersöka den kemiska kompositionen och strukturen användes Energy Dispersive X-ray, EDX och Scanning Electron Microscopy, SEM. En statistisk analys utfördes för att avgöra om värden från tryckhållfasthetsanalysen visar en signifikant skillnad. Prover med 15 vikt% eller högre andel inblandat musselskal visade en markant försämring i tryckhållfasthet vid 7 respektive 28 dygn, med en nedgående trend vid ökad substitution av byggcement. Vid proverna för 5 vikt% bränt och obränt musselskal kunde ingen signifikant skillnad ses, jämfört med byggcement, vid 28 dygn. Dock kunde en signifikant skillnad ses för 5 vikt% bränt musselskal vid 7 dygn. Resultatet av EDX-analysen visar att bränningen av kalciumkarbonat i skalen resulterade i bildandet av kalciumhydroxid samt en skillnad i den kemiska kompositionen av byggcement samt bränt och obränt skal. Viktigast för cementkemin är kalcium- och kiselhalten, där det sistnämnda ej förekommer i musselskalen. Motsägelsefulla värden höjde misstankar om att en förväxling av prover har skett för prover med 5 vikt% bränt och obränt musselskal. Om så är fallet visar kemiska analyser att för 5 vikt% bränt och obränt kommer det vid låga halter av kalciumhydroxid respektive kalciumkarbonat att uppfylla en fillereffekt. Detta kompenserar för en minskad C-S-H-fas. Vid höga halter kommer kalciumhydroxidkristaller att bildas vilket resulterar i försämrad hållfasthet. Den kemiska analysen visar även att avsaknaden av kisel påverkar hållfastheten negativt och därmed begränsas användningen av musselskal som substitut. Studien visade att både bränt och obränt musselskal har potential att agera som substitut för cement vid låga andelar. Till följd av fillereffekten är det även av intresse att vidare studera musselskal. På grund av den höga förekomsten av kalciumkarbonat i musselskalen kan det även vara av intresse att undersökas hur dessa kan ersätta kalksten i tillverkning av cementklinker.