Open this publication in new window or tab >> Show others...
2025 (Swedish) Report (Other academic)
Abstract [sv] Detta projekt syftade till att utvärdera den tekniska genomförbarheten och miljökonsekvenserna av att använda bottenaska från kommunal avfallsförbränning (MSWBA) som ett kompletterande cementbaserat material (SCM) i betongproduktion. Det övergripande målet var att främja hållbart byggande genom att minska cementförbrukningen och återanvända industriavfall i enlighet med principer för cirkulär ekonomi. Fem MSWBA-prover utvärderades initialt med avseende på deras kemiska egenskaper, pozzolanpotential och partikelstorleksfördelning. Baserat på de erhållna resultaten valdes proverna B3 och B5 ut och införlivades i betongblandningar med 10 % respektive 20 % ersättningsnivåer av cement, både i rå och aktiverad form, med standard Portlandcement-betongblandningar som referens.
Tryckhållfasthetstester upp till 180 dagar visade att 10 % råa B5-betongprover bibehöll den bästa tryckhållfasthetsutvecklingen (33,3 MPa) bland MSWBA-betongblandningar. Däremot ledde 20 % ersättning av cement med MSWBA till markanta minskningar av tryckhållfastheten, medan aktiverade MSWBA introducerade variationer i betongens tryckhållfasthet vid 90 till 180 dagars härdning.
Miljöprestandan hos MSWBA-betongblandningar utvärderades genom analys av tungmetallinnehåll och lakningstester. B5 visade sig innehålla lägre halter av farliga ämnen som Cd, Pb, Cr och Hg, och uppfyllde miljösäkerhetskriterierna för lakning. Däremot uppvisade B3 högre föroreningsnivåer, vilket kan begränsa dess tillämpning om den inte behandlas ytterligare. Lakningstester bekräftade att vid 10 % ersättning uppfyllde både råa och aktiverade B3-prover de aktuella miljögränsvärdena för lakning av tungmetaller, vilket visar att de är användbara i begränsande mängder. Emellertid ger den förhöjda glödgningsförlusten (LOI) och spårmetallvariabiliteten i B3 upphov till långsiktiga miljöproblem, särskilt under längre exponeringsförhållanden som karbonatisering eller kloridinträngning. B5:s låga LOI och minimala lakningsbara föroreningar förstärker å andra sidan dess lämplighet inte bara ur ett mekaniskt utan även ur ett miljömässigt perspektiv. Dessa resultat betonar vikten av att noggrant välja MSWBA-källor och den potentiella nödvändigheten av förbehandling för att säkerställa en säker och hållbar implementering av MSWBA i betongapplikationer. Ur ett koldioxidutsläppsperspektiv ledde en ersättning av 10 % cement med MSWBA till en uppskattad minskning av CO₂-ekvivalenter med cirka 10 % per 1 kg betong jämfört med referensblandningen. Denna minskning, som samtidigt innebar godtagbar tryckhållfasthet och säkerhet i både B3- och B5-betongblandningarna, understryker materialets bidrag till att minska betongens koldioxidutsläpp.
Studien visar att rå B5, som används med en ersättningsnivå på 10 %, är ett lovande och miljövänligt SCM-alternativ. Det erbjuder acceptabel mekanisk prestanda samtidigt som det stöder materialåtervinning och utsläppsminskning. Dessa resultat ger en grund för framtida studier av optimerad bearbetning, bredare tillämpningsområden och långsiktig prestanda i hållbara betongsystem.
Abstract [en] This project aimed to evaluate the technical feasibility and environmental implications of using municipal solid waste incineration bottom ash (MSWBA) as a supplementary cementitious material (SCM) in concrete production. The overarching goal was to promote sustainable construction by reducing cement consumption and repurposing industrial waste in accordance with circular economy principles. Five MSWBA samples were initially assessed for their chemical properties, pozzolanic potential, and particle size distribution. Based on the obtained results, the samples B3 and B5 were selected and incorporated into concrete mixtures at 10% and 20% replacement levels of cement, both in raw and activated forms, with standard Portland cement-concrete mixtures used as reference.
Compressive strength tests up to 180 days showed that 10% raw B5-concrete specimens maintained the best compressive strength development (33,3 MPa) among MSWBA-concrete mixes. In contrast, 20% replacement of cement by MSWBAs led to marked reductions in compressive strength, while activated MSWBAs introduced variability in concrete compressive strength at 90 to 180 days of curing.
The environmental performance of MSWBA-concrete mixtures was evaluated through heavy metal content analysis and leaching tests. B5 was found to contain lower levels of hazardous elements such as Cd, Pb, Cr, and Hg, and met environmental safety criteria for leaching. In contrast, B3 displayed higher impurity levels, which may restrict its application unless further treated. Leaching tests confirmed that at 10% replacement, both raw and activated B3 samples complied with current environmental leaching thresholds for heavy metals, demonstrating their viability in limited proportions. However, the elevated loss on ignition (LOI) and trace metal variability in B3 raise long-term environmental concerns, especially under extended exposure conditions such as carbonation or chloride ingress. B5’s low LOI and minimal leachable contaminants, on the other hand, reinforce its suitability not only from a mechanical but also environmental perspective. These findings emphasize the importance of selecting MSWBA sources carefully and the potential necessity of pretreatment to ensure the safe and sustainable implementation of MSWBAs in concrete applications.
From the carbon dioxide emission perspective, the replacement of 10% cement with MSWBA resulted in an estimated reduction (production) of approximately 10% CO₂ekv. per 1 kg of concrete compared to the reference mixture. This reduction, while resulted in acceptable compressive strength and safety in the B3- and B5-concrete mixtures, underscores the material’s contribution to lowering the carbon dioxide emissions from concrete.
The study demonstrates that raw B5, used at a 10% replacement level, is a promising and environmentally sound SCM option. It offers acceptable mechanical performance while supporting material recycling and emission reduction. These findings provide a foundation for future exploration into optimized processing, broader application scopes, and long-term performance in sustainable concrete systems.
Publisher p. 46
Keywords Sustainable construction, bottom ash, compressive strength, leaching test, environmental evaluation, carbon dioxide emission, Hållbart byggande, bottenaska, tryckhållfasthet, lakningstest, miljöbedömning, koldioxidutsläpp
National Category
Civil Engineering
Identifiers urn:nbn:se:hig:diva-51011 (URN)
Funder J. Gust. Richert stiftelse, 2024-00936
Note Slutrapport, J. Gust. Richert stiftelse
2026-09-102026-09-102026-09-14 Bibliographically approved