Lorcenis - nanobetong

Bygninger, bruer, energi- og offshorekonstruksjoner kan få dobbelt så lang levetid og tåle ekstreme variasjoner i temperatur, vær og klima.

Sintef leder et internasjonalt utviklingsprogram, Lorcenis, som er klar til å oppskalere forskningen fra prototyp i laboratorier til fullskala demo. Lorcenis står for «Long lasting Reinforced Concrete for ENergy Infrastructure under Severe operating conditions».

Bakgrunnen for prosjektet er å få ned CO₂-utslipp både ved å forlenge brukstid på betong, minske utslipp fra betongproduksjon og bygge bestandige konstruksjoner for fornybar energi, blant annet offshore vindparker og solcelleanlegg i ørkenstrøk.

Fra Sintef er det forskningsleder for nano- og hybridmaterialer, Christian Simon, som sitter i lederstolen. 

Nanomaterialer

Han opplyser at målet er å utvikle en betong med nanomaterialer som tilsetning for å endre og forbedre betongens egenskaper.  

– Både Sintef og flere av partnerne har nanomateriale som kan bidra til at betongen motstår vannintrenging og selv oppdager sprekkdannelser og bidrar til at betongen reparerer seg selv. Dette er slett ikke sci-fi og ville drømmer.

– Vi begynte ikke på «scratch», men har mye kunnskap og erfaring fra laboratorier å bygge på. Vi har et «proof of concept» som vi må teste i oppskalert versjon under reelle betingelser, sier Simon til TU.

• 2000 år gammelt romersk betongmysterie: Nå kan det være løst

Hybride

Nanomaterialene er hybride, det vil si både organiske og uorganiske for å dekke flere funksjoner. I betongtilsetningen er det snakk om at en nanopartikkel kan bestå av en hard keramisk celle og flere funksjonelle grupper som binder seg med betong og skaffer nye egenskaper.

Blant annet kan noen være hydrofobe (det vil si stanse vanninntrenging). Dermed hindres frostsprenging og rustangrep på armering.

Spin-off

Kostnadene er et vesentlig poeng. En betong som skal ha dobbelt så lang levetid, opp mot 200 år, og krever store mengder nanomaterialer, vil åpenbart være dyrere enn vanlig betong.

Ifølge Simon er det lovende utsikter for å oppskalere produksjonen av nanomaterialene, uten at prisen blir uoverkommelig.

Et spin-off selskap fra Sintef, Funzionano AS, skal være klar til å produsere nanomaterialer ikke bare i kilovis, men i tonn.  

• Bindemidler: Slik bidrar høner til mer klimavennlig betong

200 år på to år

Nå går forskerne i gang med å lage teststykker som skal gjennom akselererte tester, det vil si tester som skal imitere påkjenninger tilsvarende en levetid på 100-200 år.

– Vi går i gang med å lage demonstratorer av betong som skal testes for ørken-bruk, der nattetemperaturen kan være mange minusgrader og dagtemperaturen godt over 40 pluss. Vi skal også teste for saltvann, arktiske strøk og fire-fem andre forhold, sier Simon. 

Forskjellige typer betong med flere tilsetninger fra Lorcenis-prosjektet testes hos mange partnere, avhengig av ekstreme betingelser og type standard test. Blant deltaklerne med egne laboratorier er Rise, Vattenfall, Dyckerhoff, Ntua, Csis, Fab, Acciona, Kværner og Sintef.

Sintef/NTNU-miljøet i Trondheim har et unikt utstyr i verden for å teste isabrasjon i reelle betingelser. Det skal benyttes i år. 

Dette skal betongen takle og stå imot:

• Krevende forhold: Betonginfrastruktur i dyphavs og (sub-) arktiske soner: offshore vindturbiner, gravitetsbaserte strukturer (olje- og gassplattformer), brohuller, havner.
• Ekstreme temperaturer: Ekstrem varme eller ekstrem kulde, for eksempel i arktiske. og ørkenområder, samt i konsentrering av solvarmeanlegg (CSP) hvor temperaturer kan bli over 400°C.
• Mekanisk trøtthet: Bølger og vibrasjoner, blant annet i offshore vindkraftverk.
• Korrosjon av stålarmering: Sjøsalt og sure miljøer for blant annet kjøletårn i atomkraftverk, biogassanlegg, annen industri.

Forskjellen mellom ny generasjon betong og ordinær betong:

• Selvdiagnostiske evner. Ved å benytte et nettverk av karbon-nanorør og nanofibre med økt elektrisk ledningsevne kan den gi nøyaktig informasjon om dens faktiske tilstand.
• Kjemper mot de første sprekker ved hjelp av selvreparasjonssystem basert på hybrid nanomaterialer og hydrogeler i en teknologi som komprimerer strukturen.
• Selvherdende materialer som hindrer krymping.
• Bruker smarte nanomaterialer med korrosjonsinhiberende additiver for å gi ytterligere beskyttelse.

Koordinasjonsbehov

Om bakgrunnen for prosjektet forteller Christian Simon at han så at det foregikk mye spennende forskning på betong, men at det var spredt og dårlig koordinert.

I to år har han ledet prosjektet, som skal være ferdig om to år.

– Jeg tok initiativet til å bringe en del institusjoner og bedrifter sammen og søke midler fra EUs Horizon 2020-program, forteller han til TU.

Han fikk samlet et internasjonalt konsortium med partnere fra åtte land. EU-støtten er på 8 millioner euro (cirka 76 millioner kroner).

• Byggesprekken på Stortinget: Feilberegning av betong bak de siste overskridelsene

Spansk krutt

Sintef og spanske Acciona, med over 40.000 ansatte, har lang erfaring med å skrive EU-søknader og så fornuften i å slå sammen krefter.

De samlet tverrfaglige eksperter fra ni universiteter og forskningsinstitutter, samt store selskaper som blant andre Sika, Kværner, Vattenfall og Dyckerhoff samt to små og mellomstore bedrifter.  

Spanske Acciona ser på betongutvikling som essensielt for selskapets to hovedområder, energi og infrastruktur. Selskapet er i Norge engasjert i tunneldriving på Follobanen.

Ut over det er selskapet aktiv innen distribusjon av fornybar energi, bygging av vind- og solparker og vannkraft og en omfattende infrastrukturvirksomhet som spenner over alt fra bygging av vei, bane og tunneler.

• Les også: Skal utvikle arktisk boreplattform

• Mapei i Nord-Odal: Utvikler betongkunnskap og produkter i verdensklasse