Supervisor

• Maria Fredriksson, maria.fredriksson@byggtek.lth.se, +46 79 065 86 57, LU

Co-supervisors

• Eskil Andreasson, Tetra Pak®
• Marcus Alexandersson, Tetra Pak®
• Emil Engelund Thybring, KU

About

More than half of the world's consumers are looking for packaging solutions that are recyclable and with a low total impact on the environment. With such high demand, there is no better time than now to develop the ‘package of the future’ – one that supports a low-carbon circular economy without compromising food safety. ​ One recent example of a more environmentally friendly packaging solution is to produce paper straws combined with a paper wrap.

Paper materials are composite material structures primarily consisting of pulp fibres extracted from wood. The mechanical performance of the fibres and fibre network are strongly impacted by absorption of moisture. Therefore, fundamental understanding and material characterization of sorption properties are important when designing sustainable paper-based products. The focus of this work will be to develop an experimental procedure using Differential Scanning Calorimetry (DSC) to characterize the fibre saturation point (FSP) that is feasible and interesting for industrial material characterization. The study will be carried out using DSC equipment at Lund University. In addition, complementary experimental methods will be used to aid the investigation to understand the absorption properties.

The goal with this master thesis is to develop a method for quantifying the amount of free and bound water in paper and pulp fibre networks and how these different types of water constituents evolve with time. This information will be utilized to increase the understanding of the fibre-water interaction and provide valuable input to existing numerical computer simulation models.

Figure 1. Moisture states and their impact on physical properties of cellulose-based material. From: Thybring, E.E.; Fredriksson, M.; Zelinka, S.L.; Glass, S.V. Water in Wood: A Review of Current Understanding and Knowledge Gaps. Forests 2022, 13, 2051. 

The focus of this work will be to develop an experimental procedure using Differential Scanning Calorimetry (DSC) to characterize the fiber saturation point (FSP) that is feasible and interesting for industrial material characterization. The study will be carried out using DSC equipment at Lund University. Complementary experimental methods will be used to aid the investigation to understand the absorption properties are also within the scope of this work.

Scope

• Literature survey on DSC as well as cellulose-water interactions 
• Methodology development for experimental DSC measurements
• Determination of the fiber saturation point (FSP) for different materials, fluids, and experimental condition.

Kontakt

Lars Wadsö, Byggnadsmaterial LTH, lars.wadso@byggtek.lth.se, Huvudhandledare

Övriga

• Peter Johansson, Byggnadsmaterial LTH, Examinator
• Per Lindh, Trafikverket, Industrihandledare
• Paul Sandberg, Cemvision AB, Industrihandledare

Beskrivning

För att bygga väg och järnväg på lösa leror behövs någon form av förstärkning. En snabb och kostnadseffektiv metod är djupstabilisering. Idag görs detta med olika bindemedel innehållande Portlandcement och/eller kalk, produkter som leder till stora koldioxidutsläpp vid tillverkningen. Och det är stora mängder som det handlar om: det används ca 160 000 ton bindemedel per år för markstabilisering i Sverige. Vid byggandet av Ostlänken mellan Södertälje och Linköping kommer man t ex att vara tvungen att stabilisera stora områden med lös lera för att det skall gå att bygga järnväg på marken. Metoden kommer också att användas på Göteborg-Borås och på Norrbotniabanan. Djupstabilisering är ett effektivt sätt att behandla kvicklera.

Vid markstabilisering används olika tekniker som blandar in bindemedel i marken, ofta ner till stora djup. Bindemedlen reagerar sedan med vatten som finns i leran och ökar markens hållfasthet. Liksom för betong är det av mycket stort intresse att hitta nya bindemedel med lägre klimatbelastning för markstabilisering. Detta exjobb handlar om att undersöka ett antal alternativa bindemedel med lägre klimatavtryck: supersulfatcement, kalcium-sulfoaluminatcement mm.

Arbetet är till stor del experimentellt. Kombinationer av olika markprover och olika bindemedel kommer att testas, både genom hållfasthetsmätning och genom kalorimetri (mätning av värmeeffekt, ett mått på reaktionshastighet).

Exjobbet är lämpligt för en eller två exjobbare och görs i samarbete med Trafikverket och Cemvsion (ett företag som utvecklar nya bindemedel). Är du intresserad? Hör av dig till någon av kontaktpersonerna nedan.

Kontakt

Lars Wadsö, Byggnadsmaterial LTH, lars.wadso@byggtek.lth.se, Huvudhandledare

Övriga

• Oskar Linderoth, Swerock AB, Industrihandledare
• Henry Flisell, Swecem AB, Industrihandledare

Beskrivning

Betongbranchen står idag inför stora utmaningar eftersom cementtillverkning orsakar ca 7% av världens koldioxidutsläpp. Det blir därför mer och mer intressant att ändra i betongrecepten – t ex genom att ersätta delar av cementet med andra reaktiva material, t ex slagg från stålindustrin eller naturliga material som leror – för att minska klimatpåverkan. Detta gör att antalet använda cement (bindemedel) inom betongindustrin ökar.

En central parameter för användningen av cement är hållfastheten. Därför mäts hållfastheten på bruk- och betongprover i alla led från cementfabriken till byggentreprenören. Att mäta hållfasthet kräver dock rätt stora arbetsinsatser, bl a för att man måste göra realistiska blandningar med ballast (sand eller sand+sten), så det vore värdefullt att hitta enklare alternativa metoder för att uppskatta hållfastheten. En sådan metod är kalorimetri (mätning av värmeutvecklingen från reaktionen mellan cement och vatten), och man har länge känt till att hållfastheten hos betong och bruk är en ungefärligen linjär funktion av utecklat värme. Vi skulle nu vilja undersöka i vilken utsträckning som kalorimetri skulle kunna ersätta hållfasthetsmätningar hos en leverantör av olika typer av bindemedel.

Exjobbet kommer att fokusera på två frågor: 1. Ger mätningar av värmeutvecklingen på cementpasta (utan sand eller sten) samma resultat som mätningar på cementbruk (med sand)? 2. Korrelerar värmeutveckling och brukshållfasthet tillräckligt bra för att kalorimetri skulle kunna ersätta en stor del av hållfasthetsmätningarna hos en leverantör av bindemedel?

Exjobbet är lämpligt för en eller två exjobbare från V eller K och görs i samarbete med Swecem och Swerock (två PEAB-företag som levererar cement respektive betong).

Handledare

Paulien Strandberg, Byggnadsmaterial LTH, paulien.strandberg@byggtek.lth.se

Beskrivning

För att kunna reparera äldre byggnader och förutspå dess livslängd krävs att man använder kompatibla material med kända materialegenskaper.

Sedan 1800-talets mitt har materialtraditionen succesivt förändrats och de traditionella materialen har bytts ut mot moderna material. För att kunna använda beräkningsprogram för fukttransport, rörelser och hållfasthet krävs tillförlitliga värden och för traditionella material är det detta som saknas.

Vi erbjuder därför ett examensarbete som går ut på att praktiskt framställa dessa värden för lerbruk, gärna baserat på svenska bindemedel. För att kunna beräkna lerbrukens kompatibilitet krävs kunskap om dess hållfasthet i form av tryckhållfasthet och böjdraghållfasthet. För att kunna avgöra ett fogbruks eller putsbruks lämplighet ihop med stommen krävs kunskap om materialens sorptionskurvor, porositet, fukttransportegenskaper i form av kapillärtransport, ångpermeabilitet och diffusion.

Examensarbetet genomförs i samarbete med Kristin Balksten, Docent på Kulturvård, Uppsala Universitet Campus Gotland.

Kontakt

Peter Johansson, Byggnadsmaterial LTH, peter.johansson@byggtek.lth.se, Huvudhandledare

Övriga

• Niklas Johansson, Mapei AB, Industrihandledare
• Kristian Tammo, Swerock AB, Industrihandledare

Beskrivning

Inom prefabindustrin är det avgörande att man kan använda gjutformarna en gång per dag för att uppnå rimliga produktionskostnader. Detta ställer stora krav på att betongen måste uppnå en tillräckligt hög hållfasthet för att man ska kunna avforma och lyfta stora vägg- eller bjälklagselement redan cirka 16 timmar efter gjutning. Som jämförelse är det ofta 28 dygnshållfastheten som är intressant för platsbyggda betongstommar.

För att klara kravet på tidig hållfasthet använder prefabindustrin betong med högt innehåll av snabbhärdande portlandcement. Ofta också i kombination med tillsatsvärme i gjutformarna för att snabba på cementreaktionen. Ett problem är att tillverkningen av portlandcement är en stor källa till utsläpp av koldioxid och kanske en av de enskilt största källorna inom byggindustrin.

För att klara byggindustrins klimatomställning måste användning av portlandcement minska inom så många användningsområden som möjligt, också inom prefabindustrin. En möjlighet att förbättra betongens klimatavtryck är att ersätta en del av portlandcementet med granulerat masugnsslagg (slagg) men en utmaning i sammanhanget är att slagg ger tydligt långsammare hållfasthetstillväxt jämfört med portlandcement. För att komma till rätta med en alltför långsam hållfasthetstillväxt hos slaggbetongen finns det en rad olika möjligheter.

Exempelvis finns ”värmebäddar”, dvs. gjutformar med tillsatsvärme i en stor del av de svenska anläggningarna för tillverkning av betongelement och därför är det faktiskt möjligt att värmehärda betongen och motverka slaggbetongens naturligt långsammare hållfasthetstillväxt. Andra möjligheter att snabba på hållfasthetstillväxten skulle kunna vara att härda betongen i ångkammare eller använda accelererande tillsatsmedel.

Sammantaget kommer alla dessa åtgärder, såsom exempelvis tillsatsvärme, att generera ökat klimatavtryck samtidigt som man minskar klimatavtrycket när portlandcement ersätts med slagg.

Uppgift

Syftet med examensarbetet är att undersöka om det är möjligt att ersätta delar av portlandcementet och samtidigt bibehålla en tillräckligt tidig hållfasthetsutveckling hos betongen. För detta kommer det att behövas olika åtgärders såsom värme och/eller tillsatsmedel och här gäller det att identifiera lämpliga kombinationer genom laboratorieförsök.

Parallellt med att prova olika betongblandningar i laboratoriet kommer en viktig del av examensarbete att vara beräkningar av EPD (miljövarudeklaration) för del olika betongsammansättningarna. Om du är intresserad av att göra ett examensarbete i nära samverkan med byggindustrin, med både praktiska och teoretiska inslag, är detta kanske något för dig.

Kontakt

Peter Johansson, Byggnadsmaterial LTH, peter.johansson@byggtek.lth.se, Huvudhandledare

Övriga

• Sven-Henrik Norman, Mapei AB, Industrihandledare
• Kristian Tammo, Swerock AB, Industrihandledare

Beskrivning

För att klara byggindustrins klimatomställning måste en rad förändringar göras i förhållande till hur vi använder naturresurser för tillverkning av byggnadsmaterial. En viktig del i omställningen är att kunna återvinna byggnadsmaterialen efter rivning/demontering.

Vid rivning/demontering av exempelvis betongkonstruktioner har betongen hittills räknats som uttjänt och lagts på deponi. Samtidigt som den uttjänta betongen, ofta med goda hållfasthetsegenskaper, lagts på deponi har vi krossat berg eller använt naturgrus som ballast i ny betong. Att krossa berg, dvs granit och gnejs, för att tillverka ballast måste anses som ett resursmässigt slöseri om ballasten i stället kan utgöras av krossad återvunnen betong. 

Förutom krossad betong från rivning av betongstommar finns ytterligare en källa till betong som kan återvinnas. Cirka 3–5 % av all betong som levereras ut från en betongfabrik kommer tillbaka oanvänd, oftast på grund av att kunden beställt för mycket. Sammantaget utgör returbetongen tillsammans med krossad betong från rivning en stor materialresurs som skulle kunna användas som råmaterial vid tillverkning av ny betong.

En stor utmaning när man ska ersätta ballast av natursten (granit och gnejs) med krossad återvunnen betong är att den krossade betongen kan ha stor vattensugning. När man blandar betong och strävar efter en viss hållfasthet är det av stor betydelse att man kan kontrollera vattencementtalet (vct), dvs förhållandet mellan mängden vatten och bindemedel i den färska betongen.

Om man använder krossad betong som ballast kommer vct att förändras i den färska betongen allt eftersom ballasten suger vatten. En viktig förutsättning för att kunna använda krossad betong som ballast är därför att kunna prediktera vatteninsugningen.

Uppgift

Uppgiften innefattar studier och mätning av färska egenskaper som lufthalt och sättmått. Eventuellt även kalorimetrimätning för att jämföra doseringsmängder av tillsatsmedel mot tidig hållfasthetsutveckling.