Schlüsselwörter
(Französisch)
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Cleancrete® , béton sans ciment, Oxacrete ®, matériaux d'excavation , terre battue (pisé)
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Kurzbeschreibung
(Französisch)
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Cleancrete® est un béton sans ciment, produit à partir des additifs développés par la spin-off Oxara AG de l’EPFZ, de l’eau et de matériaux d'excavation contenant de l’argile. Il a des performances techniques similaires à celles de la terre battue (pisé), atteignant une résistance à la compression de 2 à 4 MPa. Aujourd’hui, en suisse, 35 millions de tonnes de matériaux d'excavation (non contaminés) sont mis en décharge chaque année. Le projet ne vise pas seulement à renforcer l’économie circulaire mais devrait avoir des effets positifs sur l’environnement en remplaçant une partie du béton conventionnel. La production de béton conventionnel épuise des ressources naturelles et est forte en émission de CO2 surtout à cause de la production de ciment.
Cleancrete® a déjà atteint le niveau de maturité technologique (angl. TRL) 6 en juin 2020 : les additifs développés par Oxara (Oxacrete ®) peuvent être mélangés avec l’eau et les matériaux d’excavation par la même infrastructure que le béton conventionnel pour former du Cleancrete®. Ainsi un premier pavillon d’une surface de base de 9 m2 a été construit avec des partenaires industriels en 2020. Celui-ci présentait des faiblesses structurales autour des fenêtres et la porte à cause du revêtement en bois, éléments non-déformable, et du rétrécissement du Cleancrete ® pendant le séchage. Ce projet vise à surpasser ces faiblesses structurales et à améliorer les performances techniques de Cleancrete®. Pour que Cleancrete® puisse s’établir sur le marché à des fins de construction non-structurelle (constructions de faible hauteur ou d’éléments non-porteurs) la construction d’un pavillon de démonstration ferme et solide est indispensable.
Le projet a été accepté sur la base de la demande de subside du 26.04.2021 (annexe 1) à l’occasion de la séance de la Koko UT du 19.05.2021.
Le service des bâtiments de la ville de Zurich a indiqué un intérêt à participer au projet et a demandé des modifications au projet. Le projet modifié selon la demande de subside du 01.11.2021 est soutenu.
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Ergebnisse gemäss Vertrag
(Französisch)
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- Les tests préliminaires sur les performances de Cleancrete® en fonction du matériau d’excavation et/ou de l’argile en ajoutant des fibres organiques et/ou en utilisant un conditionnement granulaire sont faits à l’échelle industrielle. Une fiche technique sur les performances de Cleancrete ® (résistance à la compression en fonction de l'humidité, rétrécissement, conductivité thermique et résistance à la flexion) est rédigée.
- Le processus de mélange est confirmé par l’entreprise Kibag Management AG. Les étapes de moulage et démoulage sont évaluées avec l’entreprise Marti AG. L’emplacement du pavillon est choisi. Jalon 1
- Tous les éléments du pavillon sont définis: les ouvertures, les linteaux, les joints, des éléments pour contrer l’érosion, l’utilisation de renforcements en bois, etc. La stabilité structurale, la résistance au feu, la performance acoustique (isolation phonique) et la performance séismique du pavillon sont évaluées par le bureau d’ingénieur WaltGalmarini AG.
- Le permis de construire est attribué par la ville de Zürich. Jalon 2
- La planification du chantier est faite. Les fondations, les murs structurels en utilisant le liant Oxacrete Oulesse et les murs non structurels en utilisant le liant Oxacrete Nossim sont construits. La construction des voütes et des arcs est faite. Jalon 3
- La fiche technique sur les performances de Cleancrete ® (résistance à la compression en fonction de l'humidité, rétrécissement, conductivité thermique et résistance à la flexion) est révisée en se basant sur l’expérience faite par la construction du pavillon.
- La construction du pavillon ä Horw selon la nouvelle conception avec les voütes, les arcs et le sol est finie et l’ëvënement d’inauquration du pavillon MANAL a eu lieu
- Rédaction d’un rapport final présentant les résultats des points 1 à 7.
- Eléments de textes, illustrations et au moins 3 photos pour l’impression de publications à l’adresse du public.
- Une présentation des résultats avec PowerPoint sera effectuée à la fin du projet pour les personnes intéressées de l’OFEV.
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Projektziele
(Französisch)
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Un pavillon de démonstration ferme et solide est construit à partir de la technologie Cleancrete ® et Cleanbricks ®.
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Beschreibung der Resultate
(Englisch)
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During the project, we developed further our binders and improved the performances of the Cleancrete products, validated the products with industrial customers and implementation partners. The products performance was used in the constructionon of the Cleancrete pavilion / MANAL built on the campus of HSLU. Attached products datasheet.
- Clay based binder called Nossim: The strength of the Cleancrete produced with Nossim or poured earth clay concrete has a compressive strength between 2 and 5 MPa depending on the nature of the clay. We improved the water-resistant, stability compared to competitive product rammed earth. With our engineering partner, WaltGalmarini, we tested Cleancrete Nossim at industrial scale: the thermal conductivity is between 0.9 W/(m.K) and 1.32 W/(m.K), comparable to fired clay brick materials. The earthquake tests performed shows that Cleancrete Nossim can resist well to earthquake. Based on the following results, the product is recommended for non-structural applications: interior walls, floors, and separation walls.
- Demolition waste-based binder Oulesse: the strength of the Cleancrete with Oulesse binder is between 20 to 40 MPa, a strength and fresh state behavior comparable to regular concrete class C20/37. With University of Luzern, we measured the elastic modulus of the Cleancrete Oulesse, 28 GPa. Based on the results, Cleancrete Oulesse can be used for structural application in specific projects and can replace about 10% of cement in the market currently in Switzerland. An opportunity to reduce considerably cement in concrete for the required applications therefore CO2.
- We also developed Loko binder to produce cement-free, compressed earth blocs together with the production partner Terrabloc.
- As part of the project, we set up an industrial ecosystem of implementation, realization and developer partners: HSLU (university of Luzern, Horw), Swiss Prime Site, Kibag, Erne, Marti, Holcim, City Zurich, Repoxit, Mueller Steinag, Holz Kung Bau and more.
- Conferences attended since in the start of the project: in 2 conferences Germany, 1 in France, 1 in UK and several in Switzerland such as Lehm, ICBBM, Swissbau, Builtword, and Fachsymposium in Stuttgart and Bodensee.
- Join the Innosuisse Flagship project Think Earth that regroup more than 30 industry partners and research institutions, to further research material transformation process towards climate neutral construction.
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Umsetzung und Anwendungen
(Englisch)
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Three Oxara materials were used:
- Oulesse® Cleancrete:
This cleancrete achieved a 28-days strength of 25 MPa with up to 70% CO2 savings compared to conventional concrete. For the pavillon industrial production of 40 m3 trialed for the first time at KIBAG; challenges included adjusting mixing processes for smooth on-site application. Oulesse® cleancrete was used for the pavillon’s foundation, load bearing columns and its floor.
- Nossim Poured Earth Cleancrete:
The walls between the load bearing Oulesse® cleancrete were filled with Nossim poured earth cleancrete, a stabilized earthen material with processing properties similar to concrete. The Oxacrete® Nossim allow to process the clay like regular concrete, good fluidity for easy casting and hardening thereafter. At the MANAL Pavilion, clay sourced from KIBAG’s filter cake waste was processed into 5 m³ cast material and applied by Marti Zurich team using vibration compaction.
- Oxabloc Compressed Earth Blocks:
These compressed earth blocks are produced from excavation material and Oxabrick® Loko, a cementfree stabilizer ensuring water resistance and compressive strength above >10 MPa. The blocks were used for the first time in vault construction at the MANAL Pavilion, with a newly developed clay mortar. Our partner ERNE was able to implement it successfully.
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Weiteres Vorgehen
(Englisch)
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- Cleancrete Pavilion or MANAL pavilion is a public technical building, will be used to monitor long term behavior of the Oxara building materials such as durability testing: humidity influence on the degradation of the materials and the mechanical performances. As all products used as described above as based on recycling principles, monitoring and studying the behavior is key to accelerate adoption on the market. These studies relate to the Nossim and Loko based materials
- In the case of Oulesse performances such as freeze and thaw behavior, carbonation challenge as we have reinforced the material with steel, but long-term data are still missing.
- The hybrid wood and Cleancrete product is an important parameter to study long-term
- The pavilion will be on the HSLU campus for 2 years and the aim after is to relocate part of the pavilion in different place either in Zurich or in Luzern and another location.
- In the next 2 years, Scaling production and be cost competitive is key well as mass commercialization. MANAL is the first step but to achieve climate goal the products need to be adopted at scale and competitive price than existing products.
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Publikationen / Ergebnisse
(Englisch)
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