Slik kan norske bruer få langt lågare klimaavtrykk

Noreg har om lag 18.000 bruer, mange av dei av betong. Bruer er blant dei vanlegaste betongkonstruksjonane i landet vårt, og det vert store CO₂-utslepp av materiala som vert brukte til å byggje og vedlikehalde dei.

Forskar Leila Farahzadi har i doktorgraden sin i ingeniørvitskap ved OsloMet undersøkt korleis utsleppa frå bruer kan reduserast.

Ho har teke føre seg både materiale med lågare klimaavtrykk og korleis KI-støtta inspeksjon av bruer kan bidra til meir effektive avgjerder om vedlikehald.

Forskinga viser korleis materialinnovasjon og smartare vurdering av tilstanden kan bidra til å redusere utsleppa gjennom levetida til ei bru ved å

• bruke ultrahøgfast betong (UHPC) med lågare klimaavtrykk

• erstatte sement og stålfibrar med materiale med mindre miljøbelastning i betongblandinga

• planleggje vedlikehaldet betre ved hjelp av KI-støtta oppdaging av skadar i bilete tekne med dronar

Bruer krev store mengder materiale, særleg betong og stål, og både produksjon, bygging og vedlikehald er energikrevjande.

Store utslepp

Produksjon av portlandsement og stål står for ein stor del av utsleppa frå byggjesektoren. Portlandsement er den vanlegaste typen sement, laga hovudsakleg av kalkstein og leire som blir brende ved høg temperatur og deretter malne til eit fint pulver.

Hyppige reparasjonar i krevjande klima kan gjere klimaavtrykket endå større, særleg i kalde og salthaldige miljø der konstruksjonane blir utsette for store påkjenningar.

Skal vi få til vesentlege utsleppskutt, må vi sjå nøye på kva materiale vi bruker, kor ofte vedlikehald er nødvendig og kor presist dette vedlikehaldet vert planlagt.

– Dette kan ha mykje å seie, sidan Noreg har svært mange bruer, seier Farahzadi.

– Urbanisering og vegbygging har auka behovet for bruer, og bygging og vedlikehald av dei bidreg til store CO₂-utslepp. Vi må gjere bruene meir klimavennlege og forlengje levetida deira.

Tre tiltak

Forskinga til Farahzadi peikar på tre tiltak som kan forsterke kvarandre:

• Lågkarbon-UHPC: Supplerande bindemiddel som avfallsglaspulver og slagg kan erstatte delar av vanleg portlandsement i ultrahøgfast betong, medan alternative fibrar, som syntetiske fibrar, heilt eller delvis kan erstatte stålfibrar. Dette kan redusere klimaavtrykket, samtidig som dei nødvendige mekaniske eigenskapane og haldbarheita vert tekne vare på.

• KI-støtta oppdaging av skadar: Biletbaserte maskinlæringsmetodar i kombinasjon med droneinspeksjon kan bidra til å oppdage og vurdere skadar meir effektivt og gje betre informasjon som grunnlag for avgjerder om vedlikehald.

• Livsløpsvurdering: I staden for berre å rekne utsleppa frå materiala som vert brukte i starten, bør ein vurdere heile livsløpet til brua, inkludert produksjon, transport, bygging, vedlikehald og utskiftingar. Over ei levetid på 100 år gjev dette eit breiare bilete av klimaeffekten av ulike løysingar.

Studiane av UHPC-blandingar viste ein reduksjon i potensialet for global oppvarming, GWP, på opptil 40,5 prosent når delar av sementen vart erstatta med alternative bindemiddel, samtidig som dei nødvendige eigenskapane vart haldne ved lag. Då stålfibrar vart erstatta med alternative syntetiske fibrar, vart potensialet for global oppvarming redusert med meir enn 28 prosent i blandingane som vart undersøkte.

Det finst ikkje éin perfekt ultrahøgfast betong. For å finne den rette blandinga, må ein teste og tilpasse henne til tilgjengelege og lokale materiale, krav til eigenskapar og miljøomsyn. Transport av råvarer har òg ein miljøkostnad, og meir bruk av lokale materiale kan derfor redusere miljøbelastninga.

– Det er rom for innovasjonar som kombinerer miljømessig berekraft med gode mekaniske eigenskapar, seier Farahzadi.

Lengre levetid er bra

Haldbare UHPC-overlegg kan redusere miljøbelastninga gjennom levetida til ei bru, fordi behovet for gjentekne reparasjonar og utskiftingar vert mindre. Eit overlegg er eit tynt topplag som vert lagt på brudekket for å fornye og verne overflata.

I ein scenarioanalyse over 100 år hadde lågkarbon overlegg av ultrahøgfast betong lågare potensial for global oppvarming enn overlegg av konvensjonell betong. Det illustrerer korleis lengre levetid og færre inngrep kan vege opp for eit høgare miljøavtrykk i utgangspunktet.

– Skal vi redusere utsleppa, må vi sjå på heile levetida til brua og ta avgjerder som omfattar heile bruksperioden. Dette er også viktig for kostnadene.

– Vi fann at klimaavtrykket ikkje berre er avhengig av materiala som vert brukte i starten, men også av kor mykje vedlikehald som trengst over til dømes 100 år.

– Ultrahøgfast betong kan også brukast til reparasjon og rehabilitering av eksisterande bruer, sjølv om materialet førebels er lite brukt i Noreg, seier Farahzadi.

Smartare vedlikehald

Eit KI-rammeverk for biletbasert oppdaging av skadar, mellom anna ved hjelp av bilete tekne med dronar, kan bidra til meir proaktive og datadrivne avgjerder om vedlikehald og betre ressursbruk.

Typiske skadar som kan oppdagast, er synlege sprekkar, avskaling og teikn på korrosjon.

Doktorgraden understrekar samtidig at det er behov for feltstudiar og utprøving under verkelege forhold før KI-baserte metodar for inspeksjon av bruer kan takast i bruk i større skala.

Vegen vidare

Standardar og retningslinjer for ultrahøgfast betong er framleis under utvikling i mange land, og kor pålitelege miljøvurderingane er, er avhengig av metodane, føresetnadene og datagrunnlaget som vert brukt. For KI-løysingane er neste steg praktisk utprøving i felt før dei kan takast i bruk i større skala.

– Vi bør definitivt bruke meir berekraftige materiale og tenkje grundigare gjennom den forventa levetida til brua, seier Farahzadi.

Elleville konstruksjoner:
Studenter bygget bru på under to timer