Ontwikkelingen alternatieve bindmiddelen

Transcriptie

1 Middag/avondcollege - VNConstructeurs Constructief over Duurzaamheid 2.0 Ontwikkelingen alternatieve bindmiddelen Ing. Peter de Vries FICT Amersfoort, 24 november 2015

2 De focus voor groen ligt op de cementindustrie

3 Klinkeroven Klinkeroven ENCI-Maastricht

4 Clinker burning process Klinkermineralen 3CaO.SiO 2 C 3 S (65 %) 2CaO.SiO 2 C 2 S (20 %) 3CaO.Al 2 O 3 C 3 A (10 %) 4CaO.Al 2 O 3.Fe 2 O 3 C 4 AF ( 5 %)

5 CO2 uitstoot vanuit cement Belangrijke aspecten: De- carbonatatie Brandstoffen Portlandklinker gehalte van cement

6 Zijn er alternatieven mogelijk zonder klinker?

7 Zijn er alternatieven voor EN cement?

8 Beoordelingscriteria voor alternatieve cementen

9 Zijn er alternatieven voor EN cement? Ja: 1. CSA-Belite cement (CSAB) (o.a. Aether, BCT, Alipré) 2. Alkalische activering (o.a. geopolymeren, Ascem-cement) Andere: carbonatatie (CaSiO3 of Mg-cement) (o.a. Solidia, Novacem) calcium-silicaat cement (o.a. Celitement) supersulfaat geactiveerd cement (o.a. Cemroc) calcium-carbonaat cement (o.a. Calera) cement uit aardolie (organisch) (o.a. C-fix) Niches: Papierslib / Topcrete Zeolieten / Powercem Zwavelbeton

10 Bijdrage sterkteontwikkeling OPC-mineralen 80 CSA-Belite cement C 3 S N/mm C 2 S C 3 A C 4 AF Tijd in dagen

11

12 CSA-Belite cement Low nergy CSA-Belite Cement vs. OPC CO 2 reductie tot 30%. Voordelen: Reactie mechanismen zijn bekend;; CSA (begin) Belite (eind) Productie mogelijk in bestaande ovens zonder ingrijpende aanpassingen;; Productie mogelijk met vergelijkbare grondstoffen OPC klinker (meer Al en S nodig);; Toepassen andere grondstoffen / industriële bijproducten mogelijk;; Geen belangrijke wijzigingen nodig brandstoffenpakket (zowel primair als secundair);; Voor CSA bestaat is standaardisatie in ontwikkeling Uitdagingen / Verder onderzoek: Verwerkbaarheid / Open tijd / Duurzaamheid Combinatie met slak / poederkoolvliegas

13

14

15 Zijn er alternatieven voor EN cement? Ja: 1. CSA-Belite cement (CSAB) (o.a. Aether, BCT, Alipré) 2. Alkalische activering (o.a. geopolymeren, Ascem-cement) Andere: carbonatatie (CaSiO3 of Mg-cement) (o.a. Solidia, Novacem) calcium-silicaat cement (o.a. Celitement) supersulfaat geactiveerd cement (o.a. Cemroc) calcium-carbonaat cement (o.a. Calera) cement uit aardolie (organisch) (o.a. C-fix) Niches: Papierslib / Topcrete (max ton) Zeolieten / Powercem Zwavelbeton

16 Alkalisch geactiveerde bindmiddelsystemen

17 Eigenschappen alkalisch geactiveerd / geopolymeer beton in sommige gevallen superieur aan traditioneel beton Hoge (eind)sterkte Snelle reactie à eindsterkte snel bereikt Thermisch zeer stabiel (tot ca ºC) Bestand tegen vorst-dooi cycli en weinig krimp Bestand tegen chloriden en sulfaten Lage indringingssnelheid (diffusie) van bijv. chloriden à van belang voor wapening Niet gevoelig voor Alkali Silica Reactie (ASR) Lage hydratatie warmte CO 2 -footprint ca. 50% t.o.v. CEM I

18 Alkalisch geactiveerde bindmiddel-systemen De reactiviteit van het basismateriaal heeft een enorm effect op de prestatie van het bindmiddel en is afhankelijk van: - Aandeel van de glasfase - Chemie van de glasfase - Gehalte aan vrije kalk - Gehalte aan onverbrand koolstof - Reactief oppervlak (fijnheid)

19 Alkalisch geactiveerde bindmiddel-systemen Alkalische Activator: - Losweken Aluminium en Silicium - Verhoogt ph waardoor glasstructuur wordt aangetast - Bron van silicium en alkaliën à vorming geopolymeer netwerk

20 Alkalische Activator: - Keuze voor type (of combinatie) afhankelijk van gewenste ph

21 2014/04 Initiatief voor een veldproef Geopolymeer beton Partners vanuit Green Deal en MVO-Nederland - Van Hattum en Blankevoort - Mebin - ENCI / HeidelbergCement Technology Center (HTC) DOEL: opdoen van ervaring

22

23 Kwaliteitscentrum ENCI Rotterdam

24

25 Sterkte eigenschappen For traditional concrete ratio`s of compressive, flexural and splitting tensile strength are established: - Compressive strength / flexural strength = 5 to 10 - Compressive strength / tensile splitting strength = 8 to 15

26 Elasticiteitsmodulus

27

28 Alkalisch geactiveerde bindmiddel-systemen Duurzaamheid;; recente ervaringen Van Nieuwpoort:

29 Goal Geopolymer project VBI ENCI n n n Development of dry binder, activator included. Delivery to client comparable with ordinairy cement. Client only has to add aggregates and water. VBI n Production of `green`hollow core slabs without clinker and at lower costs.

30 Requested performance (result of `kick off` meeting, Leimen ) n The geopolymer concrete utilizing green binder optimized at HTC should fulfil the following requirements: Workable for at least 45 min. 5 h compressive strength about 25 MPa 24 h compressive strength about 35 MPa 28 d compressive strength > 50 MPa

31 Huissen, Production VBI March 6, 2016 HC 14/04 - SC meeting - Martina Dietermann

32 Huissen, Production VBI March 6, 2016 HC 14/04 - SC meeting - Martina Dietermann

33 Huissen, Test resultss VBI March 8, 2016 HC 14/04 - SC meeting - Martina Dietermann

34 Huissen, Full scale testing VBI March 8, 2016 HC 14/04 - SC meeting - Martina Dietermann

35 Huissen, Testing Shear Strength VBI March 8, 2016 HC 14/04 - SC meeting - Martina Dietermann

36 SENSATA Hengelo (23 maart 2016) HC 14/04 - SC meeting - Martina Dietermann

37 Sensata Hengelo HC 14/04 - SC meeting - Martina Dietermann

38 ASCEM-cement Kenmerken: Gebruik van secundaire grondstoffen;; Door smeltproces constante kwaliteit;; Lage CO 2 uitstoot

39 ASCEM ASCEM-cement SPECIAL TECHNOLOGIES ASCEM SPECIAL TECHNOLOGIES Dr.-Ing. A. Buchwald. Cement International 5/2012

40 Zijn er alternatieven voor EN cement? Ja: 1. CSA-Belite cement (CSAB) (o.a. Aether, BCT, Alipré) 2. Alkalische activering (o.a. geopolymeren, Ascem-cement) Andere: carbonatatie (CaSiO3 of Mg-cement) (o.a. Solidia, Novacem) calcium-silicaat cement (o.a. Celitement) supersulfaat geactiveerd cement (o.a. Cemroc) calcium-carbonaat cement (o.a. Calera) cement uit aardolie (organisch) (o.a. C-fix) Niches: Papierslib / Topcrete Zeolieten / Powercem Zwavelbeton

41 NOVACEM (2008 Imperial College Londen)

42 NOVACEM (2008 Imperial College Londen)

43 NOVACEM (2008 Imperial College Londen) Geen informatie over duurzaamheid (verwachte ph 10-11)

44 Pro`s and con`s van NOVACEM Voordelen Grondstoffen vrijwel oneindig aanwezig Geen CO2 emissie van grondstoffen;; Lage energieinhoud Nadelen Vereist hoge druk / kostbaar productieproces Betrouwbaarheid van het systeem ivm corrosie Hoge energiekosten voor malen grondstoffen

45 Solidia

46 Solidia technologie Grondstoffen: kalksteen, klei en zand Fabricage: in oven bij 1200 ºC Voordeel bij productie is 30% lagere CO 2 uitstoot Reactiemechanisme: CaSiO 3 + CO 2 à CaCO 3 + SiO 2 Inschatting: per m 3 beton is ca 120 kg CO 2 nodig voor de `verharding`

47 CO 2 nabehandelingskamers zijn noodzakelijk Opmerkingen: Bij productie vrijwel geen restafval Geen informatie over ph-waarde

48 Nieuwe ontwikkelingen: CELITEMENT , 12:19 Uhr VON INGO SENFT-WERNER, DPA Deutscher entwickelt "grünen Beton" Stolz auf seinen "grünen Beton": Erfinder Peter Stemmermann Allerdings entsteht er in der Pilotanlage des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) nicht in einem Ofen bei 1450 Grad, sondern wird in einem neuen Verfahren bei nur etwa 200 Grad geköchelt. Der sogenannte Celitement kommt auch mit weniger Kalk aus. "Beides führt dazu, dass bei der Produktion etwa 50 Prozent weniger Treibhausgas CO2 anfällt", erläutert Erfinder Peter Stemmermann. Basis: sterk gewijzigde verhouding C/S snel verhardend veel minder alkalisch à textielwapening?

49

50 Celitement

51 Zijn er alternatieven voor EN cement? Ja, maar Nog op te lossen: werkelijke duurzaamheidseffect onzeker (sustainability) beschikbaarheid van grondstoffen (cement 2010: 3,3 miljard ton) kostprijs (cement < 0,10/kg) verwerkingseigenschappen (verharding, nabehandeling) vertrouwen (praktijkervaring) eigenschappen (sterkte ontwikkeling en fysieke duurzaamheid) regelgeving (standaarden en normen) Veiligheid..

52