Duurzaamheid en nieuwe cementsoorten

Transcriptie

1 Bijscholing Betontechnologie MBO-HBO docenten Betonvereniging/BFBN/VOBN/C&BC Duurzaamheid en nieuwe cementsoorten ing. Peter de Vries, FICT ENCI BV, Technische Marketing Woerden, 14 november 2014

2

3 Nederland is geen eiland.. We moeten wel 1,5 miljard Chinezen huisvesten!!!

4

5

6 Nederlandse ambities voor bouwmarkt Energieneutraliteit: 2020: Nieuwbouw kantoren 2050: Bestaande woningvoorraad Grondstoffen en bouwproducten beoordelen op CO 2 en LCA: - CO 2 Prestatieladder - Milieu Prestatie Gebouw voor bouwvergunning - Dubocalc en Breeam Sluiten van kringlopen: Meer betongranulaat in beton

7 Milieubelasting woningbouw (NIBE, 2010)

8

9 De focus voor groen ligt op de cementindustrie

10 Belangrijke data 1824 Joseph Aspdin, chemical composition for portlandcement 1844 Johanson, optimising burning clinkerproces 1888 Germany, opening of first blastfurnace cement works 1917 Germany: Blastfurnace-cement has an equal performance to portlandcement Aspdin, Ord &Company`s Portland Cement Works Newcastle-on-Tyne

11 Dutch Standard for Reinforced Concrete (GBV 1912) Cement: portlandcement Any other types of cement are prohibited Standardized prescribed concrete Cement Sand (river) Gravel (river) 135 kilogram 200 liter liter water??

12 A B C Sluizen bij IJmuiden Gereed in: Kleine sluis (A) (120 x 18 m) 1876 Midden sluis (B) (225 x 25 m) 1896 Noordersluis (C) ( 400 x 50 m) 1929

13 Small lock IJmuiden (1876), Construction: Combination of concrete and masonry Damaged by sulphate attack and asr Complete renovation

14

15

16

17 Kleine sluis IJmuiden Renovatie afgerond in 1999

18 Noordersluis IJmuiden Dutch Standard for reinforced concrete (GBV 1918): No blastfurnace cement permitted. however it was used in chamber and floor

19 Noordersluis IJmuiden, present state in 2012

20 Noordersluis IJmuiden 2012 Sluiswanden: Geen corrosie Geen chemische aantasting

21 De focus voor groen ligt op de cementindustrie

22 CO 2 uitstoot van 1 m 3 beton (bron: Mebin) CO 2 uitstoot beton 320,9 versus 120,6 kg/m 3 HC Benelux Carbon Calculator Milieuklasse XC3 f c28 = MPa (zonder wapening)

23 CO 2 uitstoot vanuit cement Belangrijke aspecten: Decarbonatatie Brandstoffen Portlandklinker gehalte van cement

24 Portlandcementklinker Grondstoffen: Mergel Zand/vliegas Klei/vliegas Pyrietas C = CaO (calciumoxide) S = SiO 2 (siliciumoxide) A = Al 2 O 3 (aluminiumoxide) F = Fe 2 O 3 (ijzeroxide)

25 Klinkeroven Klinkeroven ENCI-Maastricht ENCI-Maastricht

26 Clinker Burning Process Temp ( C) Type of Reaction Upheatin g Evaporation free H 2 O Loss of physically adsorbed H 2 O Removal structural H 2 O/OH-groups (Clays) >500 Structural changes in silicate mineral Dissociation of carbonates Formation belite, intermediates, >800 aluminate&ferrite Formation of liquid phase (melt) and >1250 alite Completion reaction/recrystallization ±1450 alite&belite Cooling Crystallization of liquid phase (aluminate&ferrite)

27 Bijdrage sterkteontwikkeling klinkermineralen C 3 S N/mm C 2 S C 3 A C 4 AF Tijd in dagen

28 Samenstelling portlandcementklinker Klinkermineralen: 3CaO.SiO 2 (alite) C 3 S (65 %) 2CaO.SiO 2 (belite) 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 %)

29 Hydratatie = reactie tussen (portland)cement en water) Calciumsilicaat + water calciumsilicaathydraat + calciumhydroxide + warmte 2.(3CaO.SiO 2 ) + 6H 2 O 3CaO.2SiO 2.3H 2 O + 3Ca(OH) 2 2.(2CaO.SiO 2 ) + 4H 2 O 3CaO.2SiO 2.3H 2 O + Ca(OH) 2

30 Hydratatie ( reactie tussen cement en water)

31 Hydratatie van portlandcementklinker toeslagmateriaal klinker Ca 2+ klinker Ca 2+ calciumsilicaathydraat toeslagmateriaal calciumsilicaathydraat neerslag van calciumhydroxide

32 Hoogovenslak (moet alkalisch geactiveerd worden via klinker)

33 Hydratatie van klinker en hoogovenslak toeslagmateriaal klinker Ca 2+ slakdeeltje Al 2 O 4 2- SiO 3 2- calciumsilicaathydraat toeslagmateriaal calciumsilicaathydraat als reactieproduct van slak met water ondoordringbaar neerslag van calciumsilicaathydraat en calciumaluminaathydraat

34 Poederkoolvliegas heeft kalk (via de klinker) nodig voor puzzolane reactie Poederkoolvliegas wordt afgescheiden uit de rookgassen van een poederkool gestookte electriciteitscentrale

35 Hydratatie van klinker en poederkoolvliegas toeslagmateriaal klinker Ca 2+ vliegasdeeltje Al 2 O 4 2- SiO 3 2- calciumsilicaathydraat toeslagmateriaal ondoordringbaar neerslag van calciumsilicaathydraat en calciumaluminaathydraat; puzzolane reactie

36 Cement volgens EN 197-1, tabel 1 Main Cement Type Natural P Industr. Q Siliceous V CEM I Portland Cement CEM I CEM II / A-S Portland-Slag Cement CEM II / B-S Portlan-Silica Fume Cement CEM II / A-D CEM II CEM III CEM IV CEM V Designation Portland-Puzzolona Cement Portland-Fly ash Cement Portland-Burnt shale Cement Portland-Limestone Cement Portland-Composite Cement Blast furnace Cement Pozzolanic Cement Composite Cement Notation Clinker K Blastf. Slag S Silica Fume D 2) Calcar. W CEM II / A-P CEM II / B-P CEM II / A-Q CEM II / B-Q CEM II / A-V CEM II / B-V CEM II / A-W CEM II / B-W CEM II / A-T CEM II / B-T CEM II / A-L CEM II / B-L CEM II / A-L CEM II / B-L CEM II / A-M < > 0-5 CEM II / B-M < > 0-5 CEM III / A CEM III / B CEM III / C CEM IV / A < > CEM IV / B < > CEM V / A < > CEM V / B < > ) The values of the table refer to the sum of the main and minor additional constituents. 2) The proportion of silica fume is limited to 10 % Pozzolan Main constituents Fly Ash Burnt Shale T Limestone L LL Minor additional Constit.

37

38 Kan het klinkergehalte nog verder omlaag? CO 2 [kg/t] Steeds groener beton 900 Daling van de beginsterkte ontwikkeling Meer temperatuur gevoelig 270 Daling van de vorstbestandheid 0 20 Daling in warmteontwikkeling 100 Gehalte aan portlandklinker % Minder generiek geschikt voor beton

39 Cement is fit for purpose

40 Marktcriteria: N 5 ½ uur > 20 N/mm 2

41 Cement is fit for purpose CEM III/A 52,5 N: combinatie van eigenschappen Reden van toepassing: Duurzaamheid Sterkteontwikkeling

42 CO 2 [kg/t] CO 2 index van cement voor prefabindustrie % 450 CEM III/A 52,5 N CEM I 52,5 N CEM II/B-S 52,5 N Klinkergehalte % daling van de beginsterkte (N01)

43

44 Nederland koploper in klinkerarme cementsoorten

45 Zijn er alternatieven mogelijk zonder klinker?

46 Zijn er alternatieven voor EN cement?

47 Beoordelingscriteria voor alternatieve cementen

48 Zijn er alternatieven voor EN cement? Ja: belite cement (o.a. Aether, BCT, Alipré carbonatatie (CaSiO3 of Mg-cement) (o.a. Solidia, Novacem) calcium-silicaat cement (o.a. Celitement) supersulfaat geactiveerd cement (o.a. Cemroc) alkalische activering (o.a. geopolymeren, Ascem-cement) calcium-carbonaat cement (o.a. Calera) cement uit aardolie (organisch) (o.a. C-fix) Niches: Papierslib / Topcrete (max ton) Zeolieten / Powercem AEC-slakken Zwavelbeton

49 Belite Calciumsulfoaluminate Ternesite Cement

50 Belite-cement Production of Low nergy Belite Cement instead of ordinary Portland cement reduces the total CO 2 emissions up to 30%. Advantage: Well known reaction mechanism; Use of existing kilns without major adaptations; Belite clinker can be produced from the same raw materials as Portland cement clinker; Every kiln plant has these raw materials available; No necessary changes in primary and/or secondary fuel packages; Standardisation Disadvantage: Strength development

51

52 by HeidelbergCement

53

55 NOVACEM (2008 Imperial College Londen)

56 NOVACEM (2008 Imperial College Londen)

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

58 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

60 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 textielwapening?

61

62 Celitement

63

65

66

67 Eigenschappen geopolymeer beton vergelijkbaar en in sommige gevallen superieur aan traditioneel beton: Hoge (eind)sterkte Thermisch zeer stabiel (tot ca. 1000ºC) Snelle reactie eindsterkte snel bereikt Bestand tegen vorst-dooi cycli Weinig krimp Bestand tegen chloriden en sulfaten Lage indringingssnelheid (diffusie) van bijv. chloriden van belang voor wapening Lage hydratatie warmte Niet gevoelig voor Alkali Silica Reactie (ASR)

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

69

70 ASCEM-cement ASCEM SPECIAL TECHNOLOGIES ASCEM SPECIAL TECHNOLOGIES In: A. Buchwald. Cement International 5/2012

71 CO 2 -footprint CO 2 -footprint van 1m 3 beton alleen o.b.v. bindmiddel Portlandcement beton CEM-I NL 273 Gemiddeld Nederlands cement CEM NL % Hoogovencement 25% Portlandcement 142 Geopolymeer beton 86 Bron: Deltares, Haalbaarheidsstudie geopolymeren (24/10)

73 Calera: afvangen van CO2

74

75

76

77 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) veiligheid en vertrouwen (praktijkervaring, normen) eigenschappen (sterkte ontwikkeling en fysieke duurzaamheid) Per saldo: Hoge druk om tot resultaat te komen, maar nog geen doorbraak

78