Nieuwe toepassingen voor recyclinggranulaten in de wegenbouw

Transcriptie

1 Opzoekingscentrum voor de Wegenbouw Nieuwe toepassingen voor recyclinggranulaten in de wegenbouw ir. Luc De Bock Belgian Road Research Center Ie-net studiedag Bouw- en sloopafval - dag 1-24 februari 2015 inhoudsoverzicht Inleiding: rijke historiek recycling in wegenbouw Nieuwigheden in SB 250 (2014) Projecten NIB - Groen Beton: wegenis 2 1

2 Inleiding (Wegen)bouw heeft reeds lang ervaring met recycling / secundaire grondstoffen; eerst gegroeid vanuit oogpunt van afvalstoffenproblematiek, nadien ook met focus vanuit duurzame grondstoffenvoorziening (E: resource efficiency). Transitie van lineaire naar circulaire economie: Recycling van puin Duurzaamheidsvoordeel ligt bij het: - vermijden van storten van afvalstoffen, - vermijden van openen van nieuwe groeves, - minder transport van al deze materialen. STAHEL et REDAY, Granulaten: classificatie naar oorsprong Natuurgranulaten ontstaan uit de verwering van rotsen of door het breken van rotsen. bijvb. groevezand, Scheldezand, zeezand; kalksteenbrekerzand; Maasgrind, berggrind, zandsteenslag, porfier- of kalksteenslag Gerecyclede granulaten ontstaan uit de recycling / bewerking van anorganische materialen die reeds eerder als bouwmateriaal werden gebruikt. bijvb. betongranulaat, asfaltgranulaat, menggranulaat, puinbrekerzand, sorteerzeefzand, Kunstmatige granulaten ontstaan via industrieel procédé met inbegrip van wijzigingen van thermische of andere aard bijvb.: hoogovenslak, LD-staalslak, roestvaststaalslak, AVI-bodemas, poederkoolvliegas, gemalen rubberbanden, geëxpandeerde klei 4 2

3 Gerecyclede granulaten Algemeen Karakteristieken Gebroken en gezeefd tot gewenste fractie Sterkte van de steen afhankelijk van samenstelling puin (baksteen is zwakker dan beton) Hogere porositeit dan natuursteenslag; verhoogde waterabsorptie Mogelijkheden en beperkingen Bouwtechnisch: geschikt als granulaat voor vele bouwtoepassingen (afhankelijk van soort en kwaliteit), Milieuhygiënisch: OK (! Asbest of teer) Marktsituatie / aanbod Groot aanbod (> 10 miljoen ton per jaar) Voor het grootste deel reeds toegepast (> 80 % recycling), vooral in fundering van wegen. Onderzoek spitst zich nu toe op toepassing in meer hoogwaardige toepassingen (structureel beton in bouw en wegenbouw). 5 Samenstelling van gerecycleerde granulaten (stenen) Definitie in Standaardbestek B.3.1 Betongranulaat (cf. NBN EN 13242): Rc 70, Rcug 90, Rb 10-, Ra 5-, Rg 2-, X 1-, Fl B.3.2 Hoogwaardig betongranulaat (cf. NBN EN 12620): Rc 90, Rcu 95, Ra 1-, XRg 0.5-, Fl B.4/5 (Niet-)teerhoudend asfaltgranulaat: Rc NR, Rcug 30-, Rb 10-, Ra 70, Rg 2-, X 1-, Fl B.6 Menggranulaat (metselwerk- en betonpuinmengsel): Rc NR, Rcug 50, Rb 50-, Ra 5-, Rg 2-, X 1-, Fl B.7 Metselwerkgranulaat (cf. NBN EN 13242): Rc NR, Rcug 40-, Rb 60, Ra 5-, Rg 2-, X 1-, Fl B.8 Beton- en asfaltgranulaat (cf. NBN EN 13242): Rc NR, Rcug 70, Rb 10-, Ra 30-, Rg 2-, X 1-, Fl 5-. Classificatie v/d bestanddelen van gerecyclede aggregaten in materiaalgroepen volgens NBN EN (identificatieproef) Fl: Drijvende bestanddelen (densiteit < 1 g/cm³) R A : Bitumineuze materialen R B : Metselwerkelementen R C : Beton en aanverwante producten (mortel) R G : Glas R U : Ongebonden granulaten X : Ander (grond, hout, gips, plaaster, rubber, plastiek) (baksteen, dakpannen, leien, geëxpandeerd beton, 6 3

4 Asfaltpuingranulaat toepassing in cementgebonden fundering ~ steenslagfundering type IA, met 3 à 7 % cement en met 10 à 20 % zand ter verbetering v/d granulometrie. Bijvb. vernieuwing Ring om Antwerpen (R1) ( ): ongeveer ton van de oude asfaltverharding wordt gerecycleerd als granulaat in de nieuwe fundering in asfaltgranulaatcement. 7 Asfaltgranulaat recycling in nieuw asfalt Hergebruik van bindende eigenschappen v/h bitumen: kwaliteit van het oude bitumen is essentiëel, alsook homogeniteit v/h AG. Voor zuiver asfaltpuin (freesasfalt): min. 95 % gebroken asfaltpuin, geen bindmiddelen op basis van teer en teerderivaten; geen materialen afkomstig van plaatselijke herstellingen. = vergelijkbaar met nieuw asfalt, in productietechnologie (paralleltrommeldroger), eigenschappen, prestaties, en prijs Toegelaten voor onderlagen, beperkt vervangingspercentage 8 4

5 Betongranulaat SB B.3.1 Betongranulaat is afkomstig van het breken van betonpuin van cementbetonverhardingen, schraalbetonfundering, lineaire elementen, gebouwen en kunstwerken. QR C Gravillons de granulats recyclés de béton samenstelling volgens NBN EN beantwoordt aan: Rc 70, Rcug 90, Rb 10-, Ra 5-, Rg 2-, X 1-, Fl 5-. Toepassingen: steenslag voor gebruik in onderfunderingen, steenslagfunderingen met (niet-)continue korrelverdeling, schraal beton voor fundering, schraal asfalt voor fundering. brekerzand in zandcementmengsel 9 Overzicht toepassingen puingranulaten in SB 250 versie 3.1 (2014) Toepassing Menggranulaat Betongranulaat Metselwerkgranulaat Niet-teerh. asfaltgran. Teerhoudend asfaltgran. Ophoging en aanvulling Onderfundering Steenslagfundering CKV OK OK OK OK OK OK OK OK, max 30 % NEEN NEEN OK OK NEEN OK met met cement cement en 15 % zand Schraal beton OK OK NEEN NEEN NEEN OK = toegelaten NEEN = niet toegelaten (OK onder bijzondere voorwaarden VLAREMA) [stabilisatie met cement] 10 5

6 Toepassingen voor recyclinggranulaten Vooral in wegenbouw Grote volumes materialenstroom, Ook minder veeleisende toepassingen (ophoging, aanvulling, werftoegankelijkheid, onderfundering), Engagement van de Besturen (Aanbestedende Overheid). Succes in steenslagfundering, cementgebonden fundering, asfalt. Focus verschuift naar hoogwaardige toepassingen, i.c. beton: o Prefab betonnen producten: tegels, metselblokken, legoblokken o Structureel beton voor gebouwen: binnen o Wegenbouw in beton: schraalbetonfundering, walsbeton, fietspad- en landbouwwegenverharding, onderlaag bij 2-laagse uitvoering betonwegverharding 11 Hoogwaardig betongranulaat SB250 Hoofdstuk B.3.2 is betongranulaat dat afkomstig is van het breken van betonpuin met een hoge drukweerstand afkomstig van cementbetonverhardingen, lineaire elementen en andere gelijkwaardige constructieve elementen afkomstig van gebouwen en kunstwerken. voldoet aan de volgende eisen: d 4 mm en D 10 mm; voldoet minimaal aan de samenstellingscategorieën Rc 90 /Rcu 95 /Ra 1-, XRg 0,5-, X 1-, Fl 2- van NBN EN 12620; voldoet minimaal aan de categorieën FI 20, f 1,5, LA 40, SS 0,2, WA 10 van NBN EN 12620; heeft een volumemassa (ρ rd ) van tenminste 2200 kg/m³; heeft een waterabsorptie van maximaal 10 % met variatie van max. ± 2 % t.o.v. de gedeclareerde waarde. Toepassingen: granulaat in kringloopbeton: cementbeton voor wegverharding en lijnvormige elementen (maar verboden in de éénlaagse uitvoering, en beperkt tot 20 % van de fractie grove granulaten in de onderlaag van de 2-laagse uitvoering). Gebruik betongranulaat als steenslag voor betonverharding van fietspad 12 6

7 Voorbeeld: Betongranulaat in onderlaag van 2-laagse betonverharding; renovatie N49. Onderlaag, 18 cm dikte, met granulaten tot 32 mm; Toplaag, 5 cm dikte, met granulaten tot 7 mm; gedeeltelijke vervanging (60 % van de totale massa der granulaten > 4 mm, door BPG 6,3/20 en 20/32). 13 Opzoekingscentrum voor de Wegenbouw Nieuwigheden in SB250 - teerhoudend asfaltgranulaat: optie verbranding - certificatie en registratie van betonmengsels - granulaatcement versus zandcement 7

8 Granulaatcement (met cement behandelde zeef zanden met D > 6,3 mm) Aanleiding voor het onderzoek: SB250 kent gebruik van puinbrekerzeefzand als zand voor zandcement. Volgens de NBN-EN is zand gedefiniëerd als een 0/D met D 6,3 mm (eventueel ligt limiet tussen zand en granulaat zelfs bij 4 mm). Puinzeefzand is vaak groffer dan dit, met D bijvb. 10 mm. Doordat dit niet voldoet aan de eisen voor zand, zijn de toepassingen zeer beperkt. Vraag: puinzeefgranulaat OK voor gebruik als steenslag voor granulaatcement? Onderzoek (op vraag van Stuurgroep en adviesraad Hydraulisch gebonden mengsels ): - deze zeefzanden onderzoeken of ze voldoen aan de gestelde eisen; - het gebruik beperken tot toepassing in funderingen en omhullingen van rioleringen (H. 7). COPRO leverde 12 zeefgranulaten van verschillende herkomst aan het OCW voor bepaling : - granulometrie - % organische stoffen - methleenblauwwaarden (MB en MBf) 15 Granulaatcement Meetresultaten 1 ste fase Overzichtstabel COPRO / zeefzand MB MBF Org. St K2Cr2O7 (%) Org. St H2O2 (%) < 20 mm (%) < 2 mm (%) < 0,125 mm (%) < 0,063 mm (%) OCW ,49 4,85 1,59 0,32 x x x x OCW ,77 6,37 1,79 0,91 x x x x OCW ,49 4,20 1,81 0,31 100,0 66,1 21,0 10,4 OCW x x x x x x x x OCW ,49 4,26 1,87 0,51 x x x x OCW ,50 2,64 1,96 0,37 100,0 75,5 16,5 7,5 OCW ,99 5,94 2,72 0,33 100,0 76,2 24,6 15,0 OCW ,50 2,65 1,41 0,45 100,0 68,1 19,8 12,6 OCW ,24 3,32 1,54 0,56 100,0 76,5 31,1 23,2 OCW ,24 2,66 2,48 0,26 100,0 77,1 29,1 16,9 OCW ,48 2,65 1,69 0,96 100,0 81,6 41,4 19,7 OCW x x x x x x x x OCW ,58 3,14 x x ,28 15,54 x x 4,42 x x ,58 19,69 x OCW ,67 7,34 x x ,72 9,05 x x 17,46 x x ,36 24,89 x OCW ,09 4,79 x x ,11 28,67 x x 8,90 x x ,47 35,90 x Criteria SB250 <= 8 <= 1 <= 16 MB : bepaald op fractie 0/2 mm MBf : bepaald op fractie 0/0.125 mm 16 8

9 Granulaatcement 2 de fase : op selectie van 2 materialen druksterktes bepalen op mengsels met 100 kg cement/m³. Eis: 3 MPa na 28 dagen, normale Proctor. Overzichtstabel COPRO / zeefzand MB MBF Org. St K2Cr2O7 (%) Org. St H2O2 (%) < 20 mm (%) < 2 mm (%) < 0,125 mm (%) < 0,063 mm (%) OCW ,49 4,85 1,59 0,32 x x x x OCW ,77 6,37 1,79 0,91 x x x x OCW ,49 4,20 1,81 0,31 100,0 66,1 21,0 10,4 OCW x x x x x x x x OCW ,49 4,26 1,87 0,51 x x x x OCW ,50 2,64 1,96 0,37 100,0 75,5 16,5 7,5 OCW ,99 5,94 2,72 0,33 100,0 76,2 24,6 15,0 OCW ,50 2,65 1,41 0,45 100,0 68,1 19,8 12,6 OCW ,24 3,32 1,54 0,56 100,0 76,5 31,1 23,2 OCW ,24 2,66 2,48 0,26 100,0 77,1 29,1 16,9 OCW ,48 2,65 1,69 0,96 100,0 81,6 41,4 19,7 OCW x x x x x x x x OCW ,58 3,14 x x ,28 15,54 x x 4,42 x x ,58 19,69 x OCW ,67 7,34 x x ,72 9,05 x x 17,46 x x ,36 24,89 x OCW ,09 4,79 x x ,11 28,67 x x 8,90 x x ,47 35,90 x OCW ,60 4,42 2,28 0, ,2 32,80 23,60 OCW Zeefzand 2 4,68 4,74 1,75 + 0, ,9 38,2 22,8 Druksterkte (Mpa) Normaal 7d 28d Versterkt 7d 28d OCW , OCW , , Granulaatcement - Aanpassingen SB250 - Creatie van een steenslagmateriaal Hfst.3, B.X Puinzeefgranulaat - Creatie van een toepassing voor steenslag en grind Hfst..3, X Steenslag voor granulaatcement - In Hfst.7 zandcement vervangen door zandcement of granulaatcement - In Hfst.9, 1 Zandcement ook granulaatcement beschrijven. 18 9

10 NIB-project Stortklaar beton voor de toekomst 1) Werf De Brabandere te Adinkerke (De Panne): 2-sporenverharding 2) Werf Aswebo - De Brabandere te Diksmuide: lineaire elementen / fietspad 3) Werf De Meuter Dekempeneer te Neder-over-Heembeek: bedrijfsvloerverharding 19 Werf De Brabandere te Adinkerke (De Panne): 2-sporenverharding Werf Duinhoekstraat Adinkerke (uitgevoerd november 2013), verbindingsweg voor landbouwvoertuigen, ruiters en fietsers, 2 stroken beton van elk 1,1 m breedte Aannemer: De Brabandere Wegenbouw nv + Mols nv granulaten en betonleverncier: De Brabandere nvv 100 % vervanging van kalksteengranulaat door hoogwaardig betongranulaat (8/20) Betonsamenstelling: W/C-factor 0,45; 400 kg cement per m³; met luchtbelvormer 20 10

11 2-sporenverharding Duurzaamheidsproeven druksterkte: Eis (bouwklasse B6-B7) 52,5 MPa na 90 dagen (cilinders) beproeving kubussen: 38 à 52 MPa na 7 dagen, 52 à 65 Mpa na 28 d., 61 à 72 MPa na 90 dagen beproeving cylinders: 71 MPa na 90 dagen: OK wateropslorping beton: 6,8 % (lagere dichtheid van beton; hogere water-opslorping door betongranulaat) vorst/dooi-weerstand gemeten met slabtest: gecumuleerd verlies na 7 cycli = 0,28 kg/m² na 14 cycli = 0,85 kg/m² na 28 cycli = 1,40 kg/m² 21 Werf De Brabandere Aswebo N364 te Diksmuide: fietspad en lineaire elementen Werf 8 km fietspad, gefaseerd uitgevoerd ( ) aannemer: Aswebo nv (Willemen Groep), granulaten- en betonleverancier: De Brabandere Wegenbouw nv aanleg 19 mei 2014: lineaire elementen, met slipformpaver 350 m lang (700 lm), ca. 40 m³ beton, 50 % vervanging van grove kalksteengranulaat door hoogwaardig betongranulaat (8/20) Proeven op vers beton / proeven op verhard beton Duurzaamheidsproeven: druksterkte, wateropslorping, vorst/dooi-weerstand 22 11

12 Weerstand tegen afschilfering in aanwezigheid van dooizouten (invloed van vorst-dooicycli) Meting op 4 kubussen (150 mm zijde) volgens CEN/TS : 2006 Aantasting (g/dm²) Gecumuleerd 11046/ / / / Afschilfering (g/dm²) 0,98 0,46 0,77 1,15 14 Afschilfering (g/dm²) 1,55 1,29 1,54 2,32 28 Afschilfering (g/dm²) 2,96 2,75 2,53 3,87 41 Afschilfering (g/dm²) 3,69 3,84 2,96 4,93 56 Afschilfering (g/dm²) 4,68 4,77 3,06 7, Aantal cycli Verlies water!!! (geen water meer op het oppervlak) SLAB test kubussen 28 d 11046/ / / /4 Goede weerstand tegen afschilfering; visuele waarneming: sommige kalksteengranulaten lijken meer aangetast dan betongranulaten. 23 Werf De Meuter - Dekempeneer (Neder-over-Heembeek): industriële buitenverharding Industriële bedrijfsvloer, relatief zwaar belast, deels binnen (EE3) - deels buiten (EE4, met luchtbelvormer); Vervanging van porfier door betongranulaat (4/20) Buiten: 50 % vervanging Binnen: 100% vervanging 24 12

13 Samenstelling Basis 30% 50% 100% kg kg kg kg dichtheid Basis 30% 50% kg/m³ m³ m³ m³ CEM III/A 42.5 CBR CEM III/A 42.5 CBR ,133 0,133 0,133 Zand 0/ Zand 0/ ,254 0,254 0,254 Porfier 2/ Porfier 2/ ,124 0,124 0,124 Porfier 6/ Porfier 6/ ,290 0,166 0,083 Beton 4/ Beton 4/ ,000 0,115 0,192 luchtbelvormer 0,5 0,5 0,5 luchtbelvormer ,001 0,001 0,001 superplast FM superplast FM ,004 0,005 0,005 water water ,173 0,184 0,195 luchtgehalte totaal/m³ 2345,5 2301,5 2274, luchtgehalte totaal/m³ 0,031 1,01 0,046 1,03 0,08 1,07 7,4% 8,0% 8,6% 9,6% Basis 30% 50% kg kg kg CEM III/A 42.5 CBR 395,8 389,0 374,9 Zand 0/4 654,0 642,8 619,6 Porfier 2/6 328,5 322,9 311,2 Porfier 6/20 766,8 430,8 207,2 Beton 4/20 0,0 268,4 431,2 luchtbelvormer 0,5 0,5 0,5 superplast FM 4,0 4,9 4,7 water 171,2 178,9 182,8 luchtgehalte totaal/m³ 2320,7 2238,1 2132,0 25 Bedrijfsvloer - duurzaamheidsproeven Proeven op verhard beton (aangemaakt bij uitvoering) druksterkte: Druksterkte 28d 0% - LBV 50% LBV 0% 100% Kubus Kubus Kubus gemiddeld vorst/dooi-weerstand gemeten met slabtest (CEN/TS :2006): gemiddelde 4 metingen 7 cycli 14 cycli 28 cycli 42 cycli 56 cycli gecumuleerd massaverlies [kg/m²] 0 % - LBV % R - LBV 0.38* % % R ,5 3 2,5 2 1,5 1 0, %-LBV 50%R-LBV 0% 100%R 26 13

14 Conclusies Recycling van puingranulaten in wegenbouw heeft al een lange traditie. Standaardbestek SB250 geeft toepassingsmogelijkheden voor recyclede granulaten, en gaat stapje voor stapje verder qua verruiming van de mogelijkheden. Duurzaamheidsvoordeel ligt bij het: - vermijden van storten van afvalstoffen, - vermijden van openen van nieuwe groeves, - minder transport van al deze materialen. Succesvolle demonstratiewerven tonen het potentieel dat er is voor nieuwe toepassingen: o o Menggranulaat en betongranulaat in constructief beton (C30/37), Hoogwaardig betonpuingranulaat in beton voor fietspadverharding, 2-sporenverharding, lineaire elementen en industriële buitenverharding. 27 Bedankt voor uw aandacht! ir. Luc DE BOCK l.debock@brrc.be TEL.: ir. Anne Beeldens a.beeldens@brrc.be ir. Frank Theys fr.theys@brrc.be Opzoekingscentrum voor de Wegenbouw of