RAPPORTAGE. Oud beton in nieuw beton. Afstudeeropdracht Schagen Infra Hasselt. Auteurs: 2 e semester Jaar Versie: 01

Transcriptie

1 RAPPORTAGE Oud beton in nieuw beton Afstudeeropdracht Schagen Infra Hasselt Onderzoek naar de mogelijkheden voor het toepassen van betongranulaat in nieuw beton Niels Loozeman Teun Hoogeveen Auteurs: s s e semester Jaar Versie: 01

2 2

3 Voorwoord Hasselt, In opdracht van Schagen Infra hebben wij onderzoek gedaan naar de toepassing van betonpuin in nieuw beton. Betonpuin is net als grind en zand een steenachtig materiaal. Hierom is het mogelijk grind of zand in betonmengsels te vervangen door betongranulaat of betongranulaatzand. Dit biedt kansen op financieel vlak voor Schagen Infra, omdat betongranulaat goedkoper is dan grind. Verder is betonpuin een afvalproduct. Wanneer een afvalproduct wordt gebruikt voor de productie van een nieuw product geeft dit niet alleen een financieel voordeel, maar ook een voordeel voor het milieu. Er hoeven minder nieuwe grondstoffen gewonnen te worden en de hoeveelheid afval wordt minder. Mede door de voordelen voor het milieu is dit een zeer interessant onderwerp aangezien duurzaamheid in de toekomst steeds belangrijker wordt. Tijdens onze voorgaande stages hebben wij verschillende dingen gedaan. Niels heeft zich beziggehouden met zowel het ontwerpen als het aanleggen van wegen, terwijl Teun zich heeft beziggehouden met de bouw van verschillende betonconstructies. Het onderzoek wat wij gedaan hebben heeft vooral betrekking op betonwegen. Hiermee is het onderwerp voor het onderzoek een goede combinatie van de verschillende dingen die wij allebei gedaan hebben tijdens onze stages. Tijdens het onderzoek hebben wij samengewerkt met verschillende personen binnen de organisatie van Schagen Infra. Samen met deze personen hebben we besproken welke aspecten van betonpuin en beton onderzocht moesten worden. Ook hebben wij gebruik mogen maken van verschillende mogelijkheden die Schagen Infra ons bood, zoals het gebruik mogen maken van het betonlab en de mogelijkheid om proeven in de praktijk uit te voeren. Graag willen wij Schagen Infra bedanken voor het aanbieden van een afstudeeropdracht, het gebruik mogen maken van verschillende mogelijkheden en de goede samenwerking. Niels Loozeman en Teun Hoogeveen. Niets uit deze rapportage mag worden verveelvoudigd of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook zonder voorafgaande toestemming van de opdrachtgever. Noch mag het zonder dergelijke toestemming worden gebruikt voor enig ander werk dan waarvoor het is vervaardigd. 3

4 Samenvatting In deze rapportage zijn de resultaten verwerkt van het onderzoek naar de toepassing van betonpuin als toeslagmateriaal in beton. Voor het onderzoek is eerst gekeken naar andere gerecyclede materialen die gebruikt kunnen worden in betonmengsels. Vervolgens is er gekeken naar de wet- en regelgeving rond het gebruik van betonpuin en andere gerecyclede materialen in beton. Hieruit blijkt dat betonpuin beter toepasbaar is dan andere gerecyclede materialen. Bij het breken van betonpuin komen er twee materialen vrij, betongranulaat en betongranulaatzand. Met beide materialen zijn betonmengsels geproduceerd en beproefd. Uitkomst van deze proeven is dat de verwerkbaarheid, of beter gezegd de consistentie, van de betonmengsels minder wordt wanneer betongranulaat of betongranulaatzand wordt gebruikt. Tevens zijn de kosten en baten van het gebruiken van betonpuin in beton onderzocht. Hieruit blijkt dat het toepassen van betongranulaat financieel voordeliger is dan het toepassen van betongranulaatzand. Met betongranulaat zijn vervolgens proeven gedaan met betrekking tot verwerkbaarheid. Hieruit blijkt dat meer plastificeerder de verwerkbaarheid verbeterd. Tijdens het onderzoek zijn de volgende bevindingen gedaan met betrekking tot de mogelijkheden van het toepassen van betongranulaat in beton: Het is goed mogelijk om betongranulaat toe te passen; Dit gaan niet ten kosten van de sterkte eigenschappen; Dit gaat wel ten koste van de verwerkbaarheid; Oplossing hiervoor is het toevoegen van meer plastificeerder; Gesommeerd voordeel ten opzichte van het referentiemengsel bedraagt ca. 6,-/m3. 4

5 Management summary This report includes the results of a research into the use of concrete rubble as aggregate in concrete. First other recycled materials are researched. After that the laws and regulations for the use of recycled materials in concrete are studied. This shows that it is better to use concrete rubble as other materials. When concrete rubble is broken there are two products, concrete granulate and concrete granulate sand. Both products are used to produce and test different concrete mixtures. Tests have showed that the consistency is less when concrete rubble is used in concrete mixtures. Also the costs en benefits of the use of concrete rubble in concrete are researched. From this point it seems that the use of concrete granulate is more profitable as the use of concrete granulate sand. With concrete granulate tests have been done with regard to the consistency. Result of these tests is that more plasticizer increases the consistency. To use concrete rubble in a profitable way, a concrete mixture whit only concrete granulate and more plasticizer is most useful. During the investigation, the following findings have been made with regard to the possibilities of the use of concrete in concrete granulate: It is possible to apply concrete granulate; This will not decrease the strength of the concrete ; This will decrease the consistency of the concrete; To solve this more plasticizer is needed; The cost saving of the mixture amounts around 6,-/m3. 5

6 Leeswijzer De inhoud van deze rapportage betreft een onderzoek naar het toepassen van betongranulaat in beton. In de rapportage wordt in hoofdstuk 1 en 2 stilgestaan bij de probleem- en doelstelling van het onderzoek. In deze hoofdstukken staat het probleem beschreven wat is opgelost met dit onderzoek. De deelvragen en de methode van aanpak worden in hoofdstuk 2 beschreven. De hoofdstukken 3 t/m 7 zijn een verslaglegging van een literatuurstudie die gedaan is tijdens het onderzoek. In hoofdstuk 3 wordt algemene informatie over beton besproken. In hoofdstuk 4 wordt stilgestaan bij gerecyclede materialen die toegepast kunnen worden in beton. De wet en regelgeving rond het toepassen van granulaten komt in hoofdstuk 5 aan bod. In hoofdstuk 6 worden de beproevingen besproken waarmee de kwaliteit van beton wordt getest. In hoofdstuk 7 wordt uitgelegd wat het referentiemengsel is. Dit referentiemengsels is gebruikt voor dit onderzoek. De resultaten van het onderzoek worden besproken in de hoofdstukken 8 t/m 13. In hoofdstuk 8 en 9 worden de resultaten besproken van de proeven die zijn uitgevoerd met proefkubussen waarin verschillende hoeveelheden betongranulaat is toegepast. In hoofdstuk 10 en hoofdstuk 12 worden de resultaten van een tweetal proeven uitgelicht. Deze twee proeven zijn achteraf bedacht om eigenschappen van betongranulaat aan te tonen die niet duidelijk naar voren gekomen zijn uit de resultaten van hoofdstuk 8 en 9. In hoofdstuk 11 wordt stilgestaan bij de kosten en baten van het toepassen van betongranulaat in betonmengsels. Er is gekozen om de kosten tussen de beproevingen door te bespreken, in plaats van aan het eind, omdat er hierbij pas duidelijk is geworden dat betongranulaat betere toe te passen is dan betongranulaatzand. In de beproevingen die daar op volgen is verder gegaan met de conclusies uit dit hoofdstuk. Hoofdstuk 13 is de verslaglegging van een praktijkproef met betonmengsel waarin betongranulaat is toegepast. Afsluitend wordt in hoofdstuk 14 een conclusie en aanbeveling gegeven. In dit hoofdstuk worden de deelvragen beantwoord. De aanbeveling kan gezien worden als antwoord op de hoofdvraag. 6

7 Inhoud 1. Inleiding Probleemanalyse Probleemstelling Doelstelling Hoofd- en deelvragen Methode van aanpak Beton Geschiedenis van beton Voorbeelden toepassingen van beton Maken van beton Gerecyclede materialen Granulaat Hoogovencement Vliegas Samengevat Wet- en regelgeving Milieutechnische eisen Civieltechnische eisen Samenstellingseisen Graderingseisen Eisen voor toepassing in beton Hoeveelheid granulaat Levering prestatie- eisen Levering op samenstelling Samengevat Beproevingen Betonspecie Bepalen van de consistentie Bepalen van de watercementfactor Bepalen van het luchtgehalte Beton Drukproef Vloeistofindringing Mengselontwerpen Referentiemengsel Proefmengsels Eigenschappen betonmengsels

8 8. Resultaten proefkubussen betongranulaat Stortgegevens Druksterktes Sterkteontwikkeling Vloeistofindringing Samengevat Resultaten proefkubussen betongranulaatzand Stortgegevens Druksterktes Sterkteontwikkeling Vloeistofindringing Samengevat Proefvakken Betonmengsels Stortgegevens Druksterkte Vloeistofindringing Samengevat Kosten en baten toepassing betongranulaat Kosten referentiemengsel Recyclingspercentage Kostenbesparing toeslagmateriaal Laboratoriumproductie t.b.v. verwerking Waarom laboratoriumproductie Invloed betongranulaat Invloed plastificeerder Samengevat Mengsel beproeven in de praktijk Aanbrengen betonverharding Het beproefde mengsel op praktijkschaal Stortgegevens Visuele resultaten na aanleg Samengevat Conclusie en aanbeveling Conclusie Aanbeveling Bron- en Literatuurlijst

9 1. Inleiding Beton wordt gebruikt voor het bouwen van verschillende constructies zoals gebouwen, kunstwerken en wegen. Beton bestaat in principe uit een viertal ingrediënten, namelijk zand en grind als toeslagmateriaal en water en cement als bindmiddel. Hierbij kunnen ook nog hulp- en vulstoffen toegevoegd worden om de eigenschappen te veranderen. Het is mogelijk om één van deze ingrediënten te vervangen door een gerecyclede stof. Een voorbeeld hiervan is hoogovencement. Dit zijn vermalen hoogovenslakken, wat een afvalstof is van de staalproductie. Het recyclen van deze slakken kan bevorderlijk zijn voor zowel de kosten van het beton als de duurzaamheid van de productie. Een andere mogelijkheid is het vervangen van het toeslagmateriaal door afvalstoffen. Hierbij moet vooral gedacht worden aan steenachtige materialen. In Nederland wordt dit principe al bij enkele bedrijven toegepast 1. Doordat er in Nederland veel bouw- & sloopafval vrijkomt is er ook een groot aanbod aan verschillende granulaten. Door het hergebruik van deze granulaten kan op een duurzame manier omgegaan worden met deze afvalstoffen. Deze vorm van recycling wordt bij een bedrijf zoals Schagen Infra al toegepast in de asfaltproductie. Hierbij bestaan enkele asfaltmengsels al voor 60 % uit asfaltgranulaat. Door het gebruik van deze methode blijft de kostprijs van het asfalt zo laag mogelijk. Op deze manier kan het bedrijf een concurrerende aanbieding neerleggen op de markt, die door hergebruik duurzaam is. Schagen beschikt ook over een betoncentrale. De productie van beton bestaat nog uit 100% traditioneel (oftewel nieuw) materiaal. Het streven is om dit nieuwe beton ook te produceren met gerecycled betongranulaat. Afbeelding 1: De productie van asfalt bestaat bij sommige mengsels al voor 60% uit gerecycled materiaal Afbeelding 2: Productie en verwerking van beton. Kan dit ook met betongranulaat? 1 Bron: Duurzame kraanbaan voor Mebin Amsterdam-Noord, 26 januari 2012, 9

10 2. Probleemanalyse 2.1. Probleemstelling Het is niet mogelijk om zomaar het toeslagmateriaal te vervangen door betongranulaat. Er zijn veel verschillende materialen mogelijk voor het hergebruik. Aan het traditionele toeslagmateriaal dat wordt gebruikt in beton zitten eisen die verbonden zijn aan de wet-en regelgeving. Het betongranulaat dat toegepast wordt in beton moet aan dezelfde eisen voldoen. Daar komen extra eisen bij op het gebied van milieu. Wanneer het nieuwe toeslagmateriaal wordt vervangen door granulaat kan het zijn dat het mengsel achteruit gaat op de fysische eigenschappen. Er is weinig kennis over het toepassen van gerecycled materiaal in nieuw beton met name op het gebied van wet- en regelgeving, fysische eigenschappen en mengselontwerpen Doelstelling Het doel van dit onderzoek is om de mogelijkheden van gerecyclede materialen, toegepast in beton, in kaart te brengen. Er wordt in bijzonder gekeken naar de toepassing van betongranulaat omdat dit veelvuldig voor handen is. Uiteindelijk moet een mengsel worden ontworpen dat gelijkwaardig is aan de eisen van een referentiemengsel wat op jaarbasis het meeste geproduceerd wordt. Daarbij is gekozen voor een wegenbouwmengsel. Het is dan wellicht mogelijk om goedkoper en op een meer duurzame manier beton te produceren Hoofd- en deelvragen Aan de hand van de probleemstelling is de volgende hoofdvraag geformuleerd: Wat zijn de mogelijkheden, gekeken naar zowel wet- regelgeving, mengselontwerp en kosten, voor het toepassen van gerecyclede materialen in nieuw beton, met in het bijzonder betongranulaat? 2 Uit de hoofdvraag zijn de volgende deelvragen geformuleerd: 1. Welke gerecyclede materialen kunnen worden toegepast in beton? 2. Wat is de wet-en regelgeving voor het gebruik van gerecycled materiaal in beton? 3. Wat is een veel geproduceerd referentiemengsel om de kwaliteit van het nieuwe beton mee te vergelijken? 4. Met welke beproevingen moet het nieuwe mengsel worden getest? 5. Wat is de benodigde samenstelling van het nieuw mengsel met betongranulaat, dat in de praktijk te verwerken is? 6. Wat is het effect van het toepassen van betongranulaat op de kostprijs van het geproduceerde beton t.o.v. het referentiemengsel? 2 In het begin van het onderzoek wordt, op verzoek van Schagen, eerste gekeken naar verschillende gerecyclede materialen in beton. Later zal specifiek gericht worden op betongranulaat. 10

11 2.4. Methode van aanpak In de methode van aanpak staat per deelvraag duidelijk vermeld hoe deze zullen worden beantwoord. 1: Welke gerecyclede materialen kunnen worden toegepast in beton? In de praktijk worden al gerecyclede materialen toegepast. Voor het beantwoorden van deze deelvraag moet onderzocht worden of meer voorbeelden zijn van het gebruikt van gerecyclede materialen in nieuw beton. Dit gebeurt aan de hand van een literatuurstudie. Mogelijke gerecyclede materialen zijn: -Slakken; -Betongranulaat; -Metselwerkgranulaat; -Menggranulaat. 2: Wat is de wet- en regelgeving voor het gebruik van (gerecycled) beton? Voor het gebruik van beton zijn verschillende richtlijnen. Voor een onderzoek naar het gebruik van betongranulaat in beton is het noodzakelijk om te weten waaraan dit beton moet voldoen. Om uit te zoeken wat de richtlijnen zijn wordt een literatuurstudie gedaan. Tijdens deze literatuurstudie zal eerst uitgezocht worden welke richtlijnen betrekking hebben op beton. Vervolgens kunnen deze richtlijnen worden gebruikt om te kijken aan welke eisen beton met toepassing van betongranulaat moet voldoen. Ook zal gekeken worden naar de wet- en regelgeving voor het gebruik van betongranulaat. 3: Wat is een goed referentiemengsel om de kwaliteit van het nieuwe beton te beproeven? Door middel van overleg met de betontechnoloog en de mengmeester wordt een referentiemengsel opgesteld. Dit moet een mengsel zijn waarbij mogelijkheden zijn om toeslagmateriaal te vervangen door betongranulaat. Tevens moet het een mengsel zijn wat op jaarbasis veel geproduceerd wordt. Het referentiemengsel kan worden vergeleken met mengsels waarin betongranulaat is toegepast. 4: Aan welke beproevingen moet het nieuwe mengsel voldoen Door middel van literatuurstudie en overleg met deskundigen binnen het bedrijf kunnen een aantal beproevingen worden bepaald die gebruikt worden om de nieuwe mengsels te vergelijken met het referentiemengsel. Zo kan getoetst worden op de gelijkwaardigheid. 5: Wat is de benodigde samenstelling van het nieuwe mengsel met betongranulaat? Aan de hand van een literatuurstudie wordt gekeken naar de hoeveelheid granulaat wat mag worden toegepast. Vervolgens kunnen diverse mengsels worden gemaakt waarin betongranulaat is toegepast. Deze mengsels worden vergeleken met het referentiemengsel door middel van proefkubussen en proefvakken. De mengsels worden beproefd op verschillende eigenschappen. Zowel het verharde beton, als de betonspecie wordt beproefd. Op welke eigenschappen de mengsels getoetst worden moet blijken uit het antwoord op deelvraag 4. Aan de hand van deze proeven wordt het nieuwe mengsel bepaald. Het nieuwe mengsel wordt in de praktijk verwerkt. 6: Wat is het effect van het toepassen van betongranulaat op de kostprijs van het geproduceerde beton t.o.v. het referentiemengsel? De kosten en baten van het toepassen van betongranulaat zullen in een overzicht worden gezet. Van een bepaalde hoeveelheid van het referentiemengsel en het nieuwe mengsel met betongranulaat wordt een calculatie gemaakt. 11

12 3. Beton Beton is een kunstmatig verkregen steenachtig mengsel dat veel wordt gebruikt als bouwmateriaal. Beton heeft de eigenschap dat het een oneindig chemisch proces is waarbij de sterkte in de loop der jaren toeneemt. Een betonmengsel bestaat uit een viertal ingrediënten: Cement: Dit wordt als bindmiddel gebruikt in het beton. Veelgebruikte cementsoorten zijn portland- en hoogovencement; Grind: Dit dient als grof toeslagmateriaal; Zand: Dit dient als fijn toeslagmateriaal ; Water: Dit zorgt ervoor dat het beton verhardt door middel van reactie met cement; Eventuele hulp- en vulstoffen Geschiedenis van beton 3 Beton werd voor het eerste gebruikt door de Egyptenaren, Grieken en Romeinen. De Romeinen gebruikten het voor de bouw van bruggen en aquaducten. Als bindmiddel werd toen kalksteen gebruikt. In 1824 werd door Joseph Aspdin het portlandcement uitgevonden. Hierbij werd gesteente, dat werd gewonnen op het Isle of Portland (vandaar portlandcement), gebruikt als bindmiddel voor cement. De eerste fabriek in Nederland die portlandcement produceerde werd geopend in 1870 in Delftzijl. Beton met staal werd al in de tijd van de Romeinen toegepast, maar de kennis van deze techniek is verloren geraakt. In 1845 werd het toepassen van staal in beton weer opgepakt. Het gewapend beton werd toen uitgevonden door de Franse tuinier Joseph Monier. Hij vroeg, mede door vele onderzoeken, pas in 1868 octrooi aan op zijn uitvinding. In 1900 werden de eerste mobiele installaties toegepast. Het duurde nog eens 13 jaar voordat de eerste vracht betonmortel werd afgeleverd. Dit gebeurde in Baltimore in de Verenigde Staten. Deze truckmixer werd door Stephen Stepanian uitgevonden. De mixer werd aangedreven door stoom en het transport ging met paarden (zie afbeelding 3). De geschiedenis van de Nederlandse betonmortelindustrie begon op 19 mei 1947 met de oprichting van de NV Betonmortelfabriek Rotterdam Befaro (afbeelding 4). Hierna volgden snel meerdere centrales. Na de oorlog werden nieuwe truckmixers uit Amerika gekocht. Na tien jaar, toen Nederland in totaal 9 centrales kende, werd de eerste branchevereniging opgericht genaamd de VBN (Vereniging Betonmortelfabrikanten Nederland). Afbeelding 3: Eerste betonmixer aangedreven door stoom Afbeelding 4: Opening betonmortelfabriek Rotterdam Befaro in Bron: VOBN, geschiedenis van de betonmortelindustrie 12

13 In de jaren daarna ontwikkelde de bouwnijverheid zich sterk. De betonmortelindustrie bleef daarbij niet achter. In 1964 werden voor het eerst meer dan woningen per jaar gerealiseerd. Dit maakte Nederland koploper in het betonmortelverbruik per km 2. In die periode zijn naast woningen nog vele andere bouwwerken in beton gerealiseerd zoals de Amsterdamse Coentunnel, Sluizencomplex Haringvliet, de Van Brienenoordbrug en het spoorviaduct bij Delft. Eind 1967 telde Nederland 156 betoncentrales met een gemiddelde jaarproductie van m 3. Afbeelding 5: Bouw ANDOC-Platform in 1974 Afbeelding 6: Bouw van de Kreekraksluizen in 1969 In de jaren daarna is de productie flink gestegen. In 1978 verwerkte de Nederlandse producerende betonmortelindustrie m 3. Dit werd veel gebruikt voor werken als de afsluiting van de Oosterschelde en de bouw van het muziektheater. In deze tijd werd ook een tweede branchevereniging opgericht genaamd de VOB (Vereniging van Onderneming in de Betonmortelindustrie). Later zijn de VBN en de VOB gefuseerd tot de VOBN (Vereniging van Ondernemers van Betonmortelfabrieken). In de periode van 1988 tot 1997 werden opnieuw ambitieuze plannen gepresenteerd zoals de aanleg van een vijfde landingsbaan op Schiphol, de vaste oeververbinding Westerschelde en de Willemsspoortunnel in Rotterdam. Mede door deze projecten steeg de productie in 1994 naar m 3 per jaar met een gemiddelde per centrale van m 3. Dit komt overeen de huidige productie per jaar. Afbeelding 7: De productie van betonmortel door de jaren heen 13

14 3.2. Voorbeelden toepassingen van beton Beton wordt in veel bouwprojecten toegepast. Door de relatief lage prijs van het materiaal, de eenvoud van het gebruik en de vele mogelijkheden is beton één van de meeste gebruikte bouwmaterialen. Jaarlijks verbruiken de geïndustrialiseerde landen bijna één kubieke meter beton per persoon. Voorbeelden toepassing in de woning- en utiliteitsbouw: Bij de bouw van woningen wordt een groot deel van de constructie uit beton vervaardigd. Hierbij wordt de vloer vaak in het werk gestort. Dit houdt in dat het beton met een betonmixer of betonpomp op het werk gebracht wordt waar het ter plekke gestort wordt (zie afbeelding 8). De wapening en de bekisting worden van te voren aangebracht. De wanden van een woning zijn vaak prefab -elementen. Dit zijn betonelementen die in de fabriek zijn gemaakt om vervolgens naar het werk te worden getransporteerd en geplaatst (zie afbeelding 9). Een voordeel van prefab is dat het beton is geproduceerd in ideale omstandigheden. Ook kan in de fabriek de kwaliteit betere getoetst worden. Afbeelding 8: storten van een betonvloer Afbeelding 9: plaatsen van een prefab betonwand Voorbeelden toepassingen in de civiele techniek: De meeste kunstwerken in de civiele techniek worden gemaakt van beton. In enkele gevallen wordt er ook staal en/of hout bij toegepast (bijvoorbeeld spoorbruggen). Bij beton in de civiele techniek wordt onderscheid gemaakt in prefab en in het werk gestort. Bij viaducten en bruggen worden de fundering en de landhoofden vaak in het werk gestort. Hier wordt vooraf de bekisting en de wapening geplaatst, waarna het beton gestort wordt. Het dek is voor een deel prefab en voor een deel in het werk gestort. Op de landhoofden worden prefab liggers aangebracht. Nadat de prefab liggers geplaatst zijn worden deze volgestort waarna er een dek ontstaat. Hier kan asfalt op worden aangebracht. Bij de aanleg van tunnels worden de toerritten in het werk gestort terwijl de onderdoorgang vaak geprefabriceerd wordt. Dit zorgt voor zo min mogelijk overlast bij de uitvoering (zie afbeelding 10 en 11). Afbeelding 10: Storten van wanden voor een spoortunnel Afbeelding 11: Plaatsen van prefab tunnelelementen 14

15 In Nederland zijn de meeste wegen voorzien van een asfaltlaag. Nadelen van betonwegen zijn de afvoer van hemelwater, hogere geluidsemissie en de zachte ondergrond in Nederland. Toch zijn enkele wegen voorzien van een betonverharding. Een voorbeeld hiervan is de N375 bij Meppel. Deze is voor een gedeelte uitgevoerd in beton (zie afbeelding 12). Deze verharding kan worden aangelegd met een slipformpaver. Dit is een zelfrijdende betonverwerkingsmachine, uitgerust met glijdende bekisting, voor de aanleg van betonverhardingen (zie afbeelding 13) Afbeelding 12: De N375 bij Meppel is voor een deel uitgevoerd in beton Afbeelding 13: Aanleg van een betonverharding met een Slipformpaver 3.3. Maken van beton Zoals eerder vermeld bestaat beton uit de volgende vier ingrediënten: Cement; Grind; Zand; Water; Eventueel hulp- en vulstoffen. Zand en grind zijn de respectievelijke fijne en grove toeslagmaterialen. Het water en cement zijn de bindmiddelen. Deze zorgen ervoor dat het beton hard wordt. In de meeste betonmengsel is de verhouding tussen deze ingrediënten 1 deel cement, 2 delen zand en 3 delen grind, waarbij het water een tiende deel is van de vaste stoffen. Cement: Cement is het bindmiddel voor het beton. Er zijn een aantal bindmiddelen mogelijk, waarbij in het meeste beton een calcium-siliciaat-cement als bindmiddel gebruikt. Er zijn een vijftal soorten cement bekend: CEM I: Portlandcement met maximaal 5% andere stoffen; CEM II: Allerlei mengvormen met portlandcement (min. 65% portlandcement); CEM III: Hoogovencement; CEM IV: Puzzolaancementsoorten; CEM V: Composietcement (met mengsels van portlandcement, hoogovenslak en puzzolanen). In Nederland zijn portland- en hoogovencement de meest gebruikte cementsoorten. 15

16 Grind: Grind dient als grof toeslagmateriaal voor beton. Door een goede opbouw van grof en fijn materiaal kan de holle ruimte in het beton geminimaliseerd worden (zie afbeelding 14 ). Dit is van grote invloed op de sterkte en de verwerkbaarheid. Bij het grove toeslagmateriaal is de diameter van de kleinste korrel minimaal 4 mm. Vaak wordt de korrelverdeling bepaald door de Afbeelding 14: Korrelopbouw (Betonlaborant BV) korrels in te delen in een korrelgroep. Deze wordt gedefinieerd met d/d (d=kleinste korrel, D= grootste korrel). Een voorbeeld hiervan is korrelgroep 4-16, waarbij 4 de kleinste korrelafmeting is (4 mm) en 16 de grootste korrelafmeting (16 mm) of korrelgroep waarbij 16 de kleinste korrelafmeting is (16 mm) en 32 de grootste korrelafmeting is (32 mm). Zand: Zand dient als fijn toeslagmateriaal voor beton en moet de holle ruimte tussen de grove korrels opvullen. Alle korrelafmetingen kleiner dan 4 mm vallen onder de zandfractie. Een voorbeeld hiervan is 0-4. Hierbij is niet 0 maar 0,063 mm (63 µm) de kleinste korrelafmeting. Alles onder de 0,063 mm behoort tot de vulstoffen. Water: Water zorgt samen met het cement dat het beton hard wordt. De hoeveelheid water die wordt toegepast heeft ook invloed op de verwerkbaarheid. Wanneer er veel water wordt toegevoegd is de verwerkbaarheid weliswaar beter maar het eindresultaat is slechter. Teveel water levert zwakker beton op. Een tekort aan water kan resulteren in een hogere strekte, maar een slechte verwerkbaarheid van het beton. Er moet dus een juiste verhouding water- cement bepaald worden (de watercementfactor). Bij het bepalen van de hoeveelheid water moet er ook rekening gehouden worden met het vochtgehalte en het absorptievermogen van het toeslagmateriaal. De hoeveelheid vocht dat het toeslagmateriaal bevat moet van de waterbehoefte worden afgetrokken. De hoeveelheid water wat het toeslagmateriaal kan absorberen moet bij de waterbehoefte worden opgeteld. Hulp- en vulstoffen: Eventueel kunnen er hulp- en vulstoffen toegevoegd worden aan het beton. Deze dienen om de eigenschappen van het beton aan te passen of verbeteren. De bekendste hulp- en vulstoffen zijn: Plastificeerder (verbeterd de verwerkbaarheid); Bindingsversnellers en vertragers; Luchtbelvormers; Water vasthoudende stoffen; Kleurpigmenten; Schuimvormers. Beton is een relatief bros materiaal en heeft een hoge druksterkte. Een kubus met een afmetingen van 150x150x150mm kan een druk van 50 Mpa (afhankelijk van sterkteklasse) dragen wat overeenkomt met ca. 120 auto s. Beton kan niet veel treksterkte hebben. De treksterkte is ca. één tiende van de druksterkte. Om ook trekbelasting op te nemen wordt er wapeningsstaal in beton toegepast. Beton is verkrijgbaar in verschillende sterkteklassen. Hier wordt onderscheid gemaakt in 16

17 lichtbeton, normaal beton en hogesterktebeton. Lichtbeton heeft een apart sterkeklasse (LC). Bij normaal en hogesterktebeton wordt de klasse aangegeven met een C en de bijbehorende druksterkte. Deze druksterkte wordt gemeten aan de hand van een kubus of een cilinder van beton. Dit is de kubusdruksterkte of cilinderdruksterkte. Bijvoorbeeld C25/30 heeft een minimale cilinderdruksterkte van 25 N/mm 2 en een kubusdruksterkte van 30 N/mm 2. In de onderstaande tabel staan de sterkeklassen vermeld: Druksterkteklassen f ck,cil f ck,kubl C8/ C12/ C20/ C25/ Normaal C30/ beton C35/ C40/ C45/ C50/ C55/ C60/ Hogesterkte C70/ beton C80/ C90/ C100/ Tabel 1: Druksterkteklassen ( NEN-EN 206-1) Een hogere druksterkte kan verkregen worden door een lagere watercementfactor, of een hogere normsterkte van het toegepaste cement. Bij beton moet niet alleen naar de sterkte gekeken worden maar ook naar de verwerkbaarheid. Dit gebeurd door middel van de consistentie. Consistentie betekent letterlijk: plastisch gedrag van betonspecie, met name de gevoeligheid voor vervorming en ontmenging onder invloed van eigen gewicht of toegevoegde energie in de vorm van trillingen of druk. 4 De consistentie kan worden gemeten met een drietal proeven namelijk de zetmaat, schudmaat en verdichtingsmaat. Deze proeven worden verder toegelicht in hoofdstuk 6. De keuze van de juiste proef is afhankelijk van de opgegeven consistentieklasse (tabel 2) door de centrale. De consistentieklasse wordt weer bepaald door de uiteindelijke constructie waarin het wordt toegepast. Zo wordt in de wegenbouw een C1 toegepast, terwijl vloeren en wanden vaak in klasse S2 en S3 zitten. F4 en F5 worden toegepast bij kolommen, smalle wanden en constructies met veel wapening. F6 is zelfverdichtend beton. Consistentie Klassen Verdichtingsmaat Zetmaat Schudmaat droog C0 aardvochtig C1 S1 F1 half plastisch C2 S2 F2 plastisch C3 S3 F3 zeer plastisch S4 F4 vloeibaar S5 F5 zeer vloeibaar F6 Tabel 2: Consistentieklassen (NEN-EN 206-1) 4 Citaat van cementbeton.nl 17

18 Beton wordt ook ingedeeld in een milieuklasse (tabel 3). Deze verdeling is gebaseerd op de omgeving waar de betonconstructie zich in bevindt. Het beton wordt onderverdeeld in de volgende milieuklassen (naar wordt voorafgegaan met en X en de volgende letters): X0: 0 staat voor geen aantasting; XC: C voor aantasting door carbonatie; XD: D (deicing) voor aantasting door chloriden anders dan zeewater; XS: S (seawater) voor aantasting door zeewater; XF: F (frost) voor aantasting door vorst XA: A voor chemische aantasting; XM: M voor mechanische aantasting. Tenslotte wordt er nog een klasse (cijfer 1-4) toegevoegd (bijvoorbeeld XF4). Elke milieuklasse vraagt een maximale watercementfactor. Bij milieuklasse XF4 mag bijvoorbeeld de watercementfactor niet hoger zijn dan 0,45. Milieuklasse Opmerking X0 Geen aantasting - - XC Aantasting door carbonatie (beton in min of meeerdere mate blootgesteld aan vocht XC1 XC2 XC3 XC4 droog of blijvend nat nat, zelden droog matig vochtig wisselend nat en droog XD Aantasting door chloriden, zoals in dooizouten XD1 XD2 XD3 matig vochtig nat, zelden droog wisselend nat en droog XS Aantasting door chloriden uit zeewater XS1 XS2 XS3 bloodgesteld aan zouten, maar niet direct contact met zeewater blijvend onder water getijdezone, spat- en stuifzone XF Aantasting door vors en dooiwisselingen XF1 XF2 XF3 deels verzadigd met water, zonder dooizouten deels verzadigd met water, met dooizouten verzadigd met water, zonder dooizouten XF4 verzadigd met water, met dooizouten XA XM Chemische aantasting Mechanische aantasting Tabel 3: Milieuklassen (NEN-EN 206-1) XA1 XA2 XA3 aantasting door bijv. boorzuur, waterstofsulfide, glycerine aantasting door bijv. azijnzuur, carbolzuur, melkzuur, mierenzuur aantasting door bijv. citroenzuur, humuszuur, zoutzuur, zwavelzuur

19 4. Gerecyclede materialen Betongranulaat is een gerecycled materiaal. Naast betongranulaat zijn er andere gerecyclede materialen die toegepast kunnen worden in beton. Voor deze materialen gelden vergelijkbare normen als voor het toepassen van betongranulaat. Ook lijkt betongranulaat in bepaalde gevallen qua samenstelling op deze andere gerecyclede materialen. Hierom is het goed mogelijk om andere gerecyclede materialen toe te passen in beton Granulaat Betongranulaat wordt veel toegepast als ongebonden wegfundering (afbeelding 15). Andere gerecyclede materialen die hiervoor gebruikt worden zijn menggranulaat en metselwerkgranulaat. Deze materialen kunnen in principe ook toegepast worden als toeslagmateriaal in beton. Afbeelding 15: Verwerken van granulaat in wegfundering Metselwerk-, meng-, en betongranulaat worden geproduceerd door het breken van beton- en metselwerkpuin. Metselwerkpuin komt vrij bij het slopen van metselwerk en kan naast baksteen ook gemaakt zijn van kalkzandsteen, tegels en klinkers. Betonpuin komt vrij bij de sloop van constructies die bestaan uit beton en bij werkzaamheden als het koppensnellen van heipalen, het storten van beton en het opbreken van wegfunderingen. De jaarlijkse hoeveelheid puin die vrijkomt en wordt hergebruikt als granulaat bedroeg in 2005 ongeveer 25 miljoen ton. Eigenschappen van verschillende granulaten die gemaakt worden uit beton- en metselwerkpuin zijn te vinden in bijlage I. In afbeelding 16 en 17 is een voorbeeld te zien van meng- en betongranulaat. Afbeelding 1: Menggranulaat Afbeelding 16: Menggranulaat Afbeelding 17: Betongranulaat 19

20 De eisen die gesteld worden aan het granulaat wat wordt toegepast in een wegfundering zijn onder te verdelen in milieutechnische en civieltechnische eisen. Wanneer het granulaat wordt toegepast in beton gelden dezelfde civieltechnische eisen (hier wordt verder op ingegaan in hoofdstuk 5) Hoogovencement Hoogovenslakken zijn een afvalproduct van de productie van ruwijzer en kunnen worden gebruikt als grondstof voor cement in beton. Wanneer ruwijzer uit ijzererts wordt gewonnen ontstaan hoogovenslakken als afvalproduct (afbeelding 18). Tijdens dit proces wordt een mengsel van ijzererts, cokes en kalk verhit. Wanneer dit gebeurd gaat de toegevoegde kalk samen met ongewenste stoffen in het ijzererts reageren met zuurstof. Deze reactie gaat als volgt: IJzererts + Kalk + Cokes + Zuurstof Ruwijzer + Hoogovenslak Tijdens het proces gaan de hoogovenslakken boven op het vloeibare ruwijzer drijven, waarna ze worden afgetapt. Gewone hoogovenslakken worden gekoeld met lucht of een kleine hoeveelheid water. Door het water koelen de slakken snel af waardoor haarscheurtjes ontstaan die ervoor zorgen dat de slakken makkelijk zijn te breken. De gewone hoogovenslak is een licht hydraulisch materiaal. Naast de gewone hoogovenslak is er de gegranuleerde hoogovenslak. Gegranuleerde hoogovenslakken worden sneller gekoeld met een grotere hoeveelheid water dan bij de productie van gewone hoogovenslak. De gegranuleerde hoogovenslak heeft een glasachtige structuur en is een hydraulisch materiaal. Hoogovenslakken worden gebruikt voor de productie van hoogovencement. Hoogovencement zijn fijn gemalen hoogovenslakken. Naast de toepassing in cement worden de slakken ook gebruikt in wegfunderingen. Hoogovencement heeft twee grote voordelen ten opzichte van portlandcement. Hoogovencement heeft een hogere weerstand tegen chemische aantastingen en is milieuvriendelijker omdat het gebruik van dit cement een goede manier is om hoogovenslak, wat een afvalstof is, te gebruiken Vliegas Vliegas is een afvalstof die vrijkomt bij de verbranding van kolen tijdens de energieopwekking in kolencentrales en kan dienen als bindmiddel in beton. Deze afvalstof kan ook gebruikt worden als ophoogmateriaal in de wegenbouw, maar dit gebeurd zeer zelden. Vliegas heeft puzzolane eigenschappen. Dit betekent dat vliegasdeeltjes onderling met elkaar verbinden wanneer ze in aanraking komen met water en ongebluste kalk. Door dit effect kan vliegas gebruikt worden als vervanging van klei in klinkers en bakstenen en als bindmiddel in beton. Het zogenaamde portlandvliegascement is een mengsel van portlandcement en vliegas. Afbeelding 18: Hoogovenslakken Afbeelding 19: Vliegas 20

21 4.4. Samengevat Uit het onderzoek blijkt dat er op dit moment een vijftal afvalstoffen zijn die kunnen worden toegepast in beton. Doelstelling is het bekijken van de mogelijkheden van gerecyclede materialen in beton. Op dit moment zijn de volgende materialen bekend m.b.t. toepassing in beton: Hoogovencement; Vliegas; Betongranulaat; Metselwerkgranulaat; Menggranulaat. Vliegas en hoogovencement worden al gebruikt in betonmengsels als vervanger van cement. De genoemde granulaten worden op dit moment nog niet gebruikt in beton. Het is wel mogelijk om deze granulaten toe te passen. Om deze reden is het de moeite waard om deze granulaten verder te onderzoeken naar de eisen die gesteld worden aan het toepassen van deze granulaten. 21

22 5. Wet- en regelgeving Een producent die betongranulaat wil gebruiken als toeslagmateriaal in beton moet aan verschillende eisen voldoen. Het granulaat moet KOMO- gecertificeerd zijn. Dit betekent dat het granulaat moet voldoen aan de eisen uit de BRL 2506 en BRL Het betongranulaat moet ten eerste aan de eisen voldoen waaraan traditioneel toeslagmateriaal in beton aan moet voldoen. Daarnaast mag het granulaat niet te veel verontreiniging bevatten. Dit zijn de zogenaamde milieutechnische eisen. Wanneer het granulaat voldoet aan al deze eisen, is het KOMOgecertificeerd, maar kan het nog niet onbeperkt worden toegepast, omdat het granulaat mogelijk invloed heeft op de eigenschappen van het beton. Verschillende richtlijnen waaraan betonmengsels met granulaat als toeslagmateriaal moeten voldoen zijn: NEN- normen (m.b.t. beton); CUR- aanbevelingen 80, 106 en 112; BRL (Beoordelingsrichtlijn) 1801 en 2506; Standaard RAW Milieutechnische eisen Wanneer granulaat te grote hoeveelheden verontreiniging bevat kan het bij toepassing schade veroorzaken aan natuur, milieu en de gezondheid van mensen die in aanraking komen met het granulaat. Ook de kwaliteit van het beton kan verslechteren door deze verontreinigingen. Om deze reden staan in de BRL 1801 maximale waarden voor verontreiniging genoemd die het granulaat mogen bevatten. Voorbeelden van verontreinigingen zijn: Chloriden (schadelijk voor de beton en wapening); Zwavel (schadelijk voor gezondheid, natuur en milieu); Sulfaat (schadelijk voor gezondheid, natuur en milieu); Humuszuren (vertraagd de binding en verlaagd de eindsterkte van beton); Asbest (schadelijk voor gezondheid, natuur en milieu). In tabel 4 staan de verschillende milieutechnische eisen: Milieutechnische eisen Soort verontreiniging Eis Chloride Sulfaat Zwavel Humuszuren Fulvozuren Asbest Betonmengsel mag niet meer dan 1,0% chloride bevatten (beton zonder wapening chlorideklasse Cl 1,0) Toeslagmateriaal mag niet meer dan 0,5% sulfaat bevatten Toeslagmateriaal mag niet meer dan 1% zwavel bevatten - Een toename van de bindtijd van mortelproefstukken met meer dan 120 % is onacceptabel - Een afname van de druksterkte van de mortelproefstukken met meer dan 20% na 28 dagen is onacceptabel - Een toename van de bindtijd van mortelproefstukken met meer dan 120 % is onacceptabel - Een afname van de druksterkte van de mortelproefstukken met meer dan 20% na 28 dagen is onacceptabel Toeslagmateriaal mag niet meer dan 100 mg/kg asbest bevatten Tabel 4: Maximale waarden voor verontreiniging (BRL1801) 22

23 De controle op chloride, sulfaat, zwavel, humuszuren en fulvozuren gebeurt doormiddel van een chemische analyse van het toeslagmateriaal volgens de NEN-EN De controle op asbest wordt visueel gecontroleerd. Toeslagmateriaal mag bij levering niet visueel vervuild zijn met asbest. Als extra controle moet het toeslagmateriaal worden gezeefd op de 8 mm zeef. Het materiaal op de 8 mm zeef mag niet meer dan 100 mg/kg asbest bevatten. Het betongranulaat en het betongranulaatzand geproduceerd door Schagen Infra is gecontroleerd op deze eisen door middel van een chemische analyse. De proefbeschrijvingen staan in bijlage III. De resultaten van deze proeven staan in bijlage X Civieltechnische eisen Civieltechnische eisen zijn te verdelen in twee groepen. Dit zijn graderingseisen en samenstellingseisen, Samenstellingseisen Wanneer meng- of betongranulaat wordt toegepast in de GWW, dus ook bij gebruik als toeslagmateriaal in beton, moeten deze granulaten voldoen aan eisen die gesteld zijn in de Standaard RAW Deze eisen zijn te zien in tabel 5. Betongranulaat Materiaal Tabel 5: Samenstellingseisen voor granulaten (Standaard RAW 2010) Betongranulaat Menggranulaat Metselwerkgranulaat Rc Betonpuin >80% >45% geen eis Ru Natuursteen <10% <10% <10% Rb Metselwerk <10% <50% >85% Ra Asfalt <5% <5% <10% XRg Glas, metaal, kunststof <1% <1% <1% Fl drijvende bestandsdelen <0,1% <0,1% <0,1% Rcu Beton + natuursteen >90% >50% geen eis Op deze eisen wordt gecontroleerd door het materiaal te zeven op de 8mm zeef. Van het korrelmateriaal wat op deze zeef blijft liggen moet visueel bepaald worden wat voor materiaal het betreft. Het betongranulaat geproduceerd door Schagen Infra is gecontroleerd op deze eisen doormiddel van visuele keuring van het korrelmateriaal groter dan 8mm. Deze resultaten zijn te zien in bijlage X. 23

24 5.2.2 Graderingseisen De korrelverdeling moet gelijkmatig zijn verdeeld over de verschillende korrelgroottes. Op deze manier krijgt het korrelskelet in het beton een dichte pakking en kunnen kleine korrels de ruimtes tussen de grote korrels opvullen. Zo is er ook minder water nodig om een bepaalde verwerkbaarheid van het betonmengsel te verkrijgen. De eisen die gesteld worden aan de gradering staan in NEN-EN en zijn verduidelijkt in tabel 6. De gradering wordt gecontroleerd volgens de zeefproef uit NEN-EN Graderingseisen toeslagmateriaal massa percentage doorval Grof (grind en betongranulaat) Fijn (zand en betongranulaatzand) Zeefgrootte* 2 D ,4 D 98 tot tot 100 D 90 tot tot 99 d 0 tot 15 - d/2 0 tot 5 - *D= grootste gewenste korrelformaat d = kleinste gewenste korrelformaat Tabel 6: Graderingseisen korrelverdeling (NEN-EN 12620) Het betongranulaat en het betongranulaatzand geproduceerd door Schagen Infra is gecontroleerd op deze eisen door middel van een zeefproef. De resultaten van de proef staan in bijlage X Eisen voor toepassing in beton Metselwerk-, meng-, of betongranulaat wat toegepast wordt in constructief beton moet een minimale volumieke massa hebben van 2000 kg/m 3. Wanneer het beton in andere toepassingen wordt gebruikt, bijvoorbeeld een werkvloer, moet het granulaat een volumieke massa van meer dan 1500 kg/m 3 hebben. Metselwerkgranulaat heeft in geen enkele mogelijke samenstelling een volumieke massa hoger dan 2000 kg/m 3 en kan dus niet worden toegepast in constructief beton, maar is wel goed bruikbaar in een betonnen werkvloer wanneer het een hogere volumieke massa heeft dan 1500 kg/m3. Betongranulaat heeft in veel gevallen een hogere volumieke massa dan 2000 kg/m 3. Menggranulaat heeft in de meeste gevallen geen volumieke massa van 2000 kg/m3 of meer en kan dus niet altijd worden toegepast in constructief beton. Van het betongranulaat en het betongranulaatzand wat geproduceerd is door Schagen Infra is de volumieke massa gecontroleerd. De controle gaat volgens de proef uit de NEN-EN Bepaling volumieke massa. De resultaten van deze proef zijn te zien in bijlage X. 24

25 5.4. Hoeveelheid granulaat In de BRL 1801 staat een eis met betrekking tot de hoeveelheid granulaat. Dit zijn echter niet alle eisen. Wat de toegestane hoeveelheden zijn verschilt per methode van levering. Een producent kan leveren op prestatie-eisen, en op samenstelling Levering prestatie- eisen Wanneer een producent beton met granulaat als toeslagmateriaal levert op basis van prestatieeisen, moet producent voldoen aan de BRL Het zand mag volgens de BRL 1801 voor 20% worden vervangen door betongranulaatzand. Het grind mag voor 20% worden vervangen door betongranulaat. Wanneer zowel het grind als het zand wordt vervangen mag het vervangingspercentage van beide niet hoger zijn als 10% Levering op samenstelling Wanneer een producent beton met granulaat als toeslagmateriaal wil leveren op basis van samenstelling moet de producent zelf aantonen dat het betonmengsel van goede kwaliteit is. Verder moet de afnemer instemmen met de samenstelling van het mengsel. Wanneer de producent beton levert op basis van samenstelling gelden andere eisen. Een hulpmiddel om aan te tonen dat een betonmengsel van goede kwaliteit is, zijn een aantal CUR- aanbevelingen. In deze CURaanbevelingen staan eisen (adviezen/aanbevelingen) waaraan de betonmengsels moeten voldoen indien meer granulaat wordt toegepast dan toegestaan volgens de BRL Betongranulaat als grof toeslagmateriaal: In de CUR- aanbeveling 112 Beton met betongranulaat als grof toeslagmateriaal staan adviezen die gelden wanneer meer grind wordt vervangen door betongranulaat als toegestaan in de BRL In deze CUR- aanbeveling staat dat 90 % van het betongranulaat wat gebruikt wordt als grof toeslag materiaal een volumieke massa moet hebben van 2100 kg/m3 of meer (90% moet betonpuin zijn). Wanneer grind voor 50% wordt vervangen door betongranulaat zullen de constructieve eigenschappen van het betonmengsel niet veranderen. Wanneer meer dan 50% van het grind wordt vervangen door betongranulaat gaat de CUR- aanbeveling ervan uit dat de eigenschappen van het beton zodanig veranderen dat rekening gehouden moet worden met een aantal constructieve eisen. In dit geval is communicatie met een constructeur gewenst. De eisen die in de CUR 112 staan gelden alleen voor de druksterkteklassen C12/15 tot C55/67. Deze CUR aanbeveling geldt voor alle milieuklassen met uitzondering van XD en XS wanneer meer dan 50% van het grind is vervangen door betongranulaat. Wanneer minder dan 50% van het grind is vervangen door betongranulaat geld de CUR 112 voor alle milieuklassen. (Beton)granulaatzand als fijn toeslagmateriaal: Wanneer de 0/4 fractie van het toeslagmateriaal in het beton wordt vervangen door (beton)granulaatzand gelden de adviezen van CUR-aanbeveling 106 Beton met fijne fracties uit recyclinggranulaten als fijn toeslagmateriaal. In deze CUR- aanbeveling staan adviezen voor het gebruik van granulaatzand in beton. De volgende soorten granulaatzand zijn geschikt als vervanging van zand in beton: Recycling brekerzand 0/4; Betongranulaat 0/10; Menggranulaat 0/10. Van het zand in betonmengsels mag niet meer dan 50% worden vervangen door de bovengenoemde materialen. In voorgespannen beton geldt een maximum van 20%. Wanneer zand wordt vervangen door granulaatzand mag er nog maximaal 20% van het grind worden vervangen door betongranulaat. Bij vervanging van zand door granulaatzand gaat de CUR- aanbeveling ervan uit dat de 25

26 eigenschappen van het beton zodanig veranderen dat rekening gehouden moet worden met een aantal constructieve eisen. In dit geval is communicatie met een constructeur gewenst. De CUR 106 is van toepassing op de druksterkteklassen C12/15 tot C35/45. Deze CUR mag worden gebruikt bij alle milieuklassen. Wanneer er gebruik wordt gemaakt van de CUR 106 zijn er nog een aantal aanvullende eisen op de NEN-EN Het gehalte aan deeltjes kleiner dan 0,063 mm mag niet meer zijn dan 10%. Ook de volumieke massa van de korrels moet meer zijn dan 2000 kg/m3 en mag het chloridegehalte mag niet meer bedragen dan 0,03%. Menggranulaat als grof toeslagmateriaal: CUR -aanbeveling 80 Beton met menggranulaat als grof toeslagmateriaal geeft adviezen over vervanging van grind door menggranulaat. Van het menggranulaat wat gebruikt wordt als grof toeslagmateriaal moet volgens de CUR 80 50% een volumieke massa hebben van 2100 kg/m3 of meer. Wanneer grind voor 20% wordt vervangen door menggranulaat zullen de eigenschappen van het betonmengsel niet veranderen. Wanneer meer dan 20% van het grove toeslag materiaal menggranulaat is, veranderen de eigenschappen van het beton zodanig dat communicatie met de constructeur gewenst is. De CUR 80 mag gebruikt worden voor de milieuklassen X0 en XC1. Wanneer het beton wordt toegepast in binnenspouwbladen mag de CUR 80 ook gebruikt worden in de milieuklasse XC3. Wanneer beton wordt toegepast in funderingen mag deze CUR ook gebruikt worden voor de milieuklassen XC2, en XF1 tot en met XF Samengevat Wanneer toeslagmateriaal in constructief beton wordt vervangen door granulaat, moet dit granulaat een hogere volumieke massa hebben dan 2000 kg/m3. Metselwerkgranulaat voldoet niet aan deze eis, maar kan wel prima in bijvoorbeeld werkvloeren worden toegepast. Menggranulaat voldoet in een aantal gevallen aan deze eis terwijl betongranulaat altijd aan deze eis voldoet. Als er gekeken wordt naar de hoeveelheden granulaat die toegepast mogen worden in betonmengsels is betongranulaat ook het best toepasbaar. Volgens de CUR aanbevelingen 80, 106 en 112 heeft betongranulaat het minste invloed op de eigenschappen van de betonmengsels. Granulaatzand en menggranulaat hebben volgens de CUR- aanbevelingen veel meer invloed op de eigenschappen van betonmengsels. Ook kan beton waarin betongranulaat is toegepast voor meer milieu- en sterkteklassen worden gebruikt als beton waarin granulaatzand of menggranulaat is toegepast. Tevens is het zo dat er steeds meer betongranulaat vrij komt waardoor dit het meest voorhanden is. Hierdoor is het voordeliger en duurzamer om betongranulaat toe te passen. Om de wet- en regelgeving m.b.t. het toepassen van betongranulaat zo goed mogelijk in kaart te brengen is deze nogmaals in een stroomschema gezet. Dit schema is te zien in bijlage II. 26

27 6. Beproevingen Het beton moet beproefd worden om goede kwaliteit aan te tonen. Hier zijn een aantal laboratoriumproeven voor, opgedeeld in proeven voor betonspecie en verhard beton. Dit zijn: Betonspecie: - Bepalen van de consistentie; - Bepalen van de watercementfactor; - Bepalen van het luchtgehalte. Verhard beton: - Druksterkte; - Vloeistofindringing. De vloeistofindringing wordt enkel toegepast bij vloeistofdichte constructies. Voorbeelden van vloeistofdichte constructies zijn vloeren voor benzinepompen of zwembaden. In dit onderzoek wordt deze proef alleen gedaan om te kijken of betongranulaat effect heeft op de vloeistofindringing Betonspecie Na controle en toetsing van het toeslagmateriaal kan het beton geproduceerd worden. Beton wordt altijd in een bepaald consistentieklasse ingedeeld variërend van plastisch tot zeer droog. Om een goede verwerkbaarheid te krijgen en de druksterkte norm te halen is het van groot belang dat de hoeveelheid water, lucht en consistentie beproefd worden Bepalen van de consistentie De consistentie is een mate van verwerkbaarheid van het beton. Voor het meten van de consistentie zijn een drietal proeven. De verdichtingsmaat, de zetmaat en de schudmaat. De keuze van de proef is afhankelijk van de consistentieklasse (zie tabel 7). Consistentie Klassen Verdichtingsmaat Zetmaat Schudmaat droog C0 aardvochtig C1 S1 F1 half plastisch C2 S2 F2 plastisch C3 S3 F3 zeer plastisch S4 F4 vloeibaar S5 F5 zeer vloeibaar Tabel 7: Consistentieklassen (VOBN) De zetmaat wordt toegepast bij de klassen S2 en S3 Bij hele droge mengsels (C0,C1) wordt de verdichtingmaat gebruikt, bij vloeibare mengsels (F4, F5, F6) de schudmaat. Verdichtingsmaat (NEN-EN ): De verdichtingmaat is een maat voor de consistentie in de consistentieklassen droog tot plastisch (C0 t/m C3). De verdichtingsmaat is gebaseerd op de verdichting van de betonspecie. De betonspecie wordt in een rechthoekig vat gegoten waarna het verdicht wordt. De zakking van het beton bepaald de verdichtingsmaat (C). Aan de hand van de volgende maten kan de consistentieklasse bepaald worden: F6 27

28 Consistentie Verdichtingsmaat Klasse C (-) droog C0 1,46 aardvochtig C1 1,45-1,26 half plastisch C2 1,25-1,11 plastisch C3 1,10-1,04 zeer plastisch C4 1,04 vloeibaar zeer vloeibaar Tabel 8: Indeling consistentie met verdichtingsmaat Afbeelding 20: Verdichtingsvat Zetmaat (NEN-EN ): De zetmaat is een maat voor de consistentie in de consistentieklassen aardvochtig tot vloeibaar (S1 t/m S5). De zetmaat is gebaseerd op de zakking van beton. De betonspecie wordt in een kegelvormige mal (kegel van Abrams) gegoten. De kegel wordt opgetild waarna de specie zal zakken. De zakking die gemeten wordt is de zetmaat (S). Aan de hand van de volgende maten kan de consistentieklasse bepaald worden: Consistentie Zetmaat Klasse S (mm) droog aardvochtig S half plastisch S plastisch S zeer plastisch S vloeibaar S5 220 zeer vloeibaar Tabel 9: Indeling consistentie met zetmaat Afbeelding 21: Kegel van Abrams Schudmaat (NEN-EN ): De schudmaat is een maat voor de consistentie in de in de consistentieklassen aardvochting tot zeer vloeibaar (F1 t/m F6). De schudmaat is gebaseerd op de spreiding van betonspecie op een vlakke plaat. Deze spreiding wordt verkregen door schokken. De diameter van de speciekoek bepaald de schudmaat (F). Aan de hand van de volgende maten kan de consistentieklasse bepaald worden: Consistentie Schudmaat Klasse F (mm) droog aardvochtig F1 340 half plastisch F plastisch F zeer plastisch F vloeibaar F zeer vloeibaar F6 630 Tabel 10: Indeling consistentie met schudmaat Afbeelding 22: Schudmaat De volledige proefbeschrijvingen van de verdichtings -, zet -, en schudmaat zijn te vinden in bijlage IV Bepalen van de watercementfactor Bepalend voor een goed mengsel is de verhouding tussen water en cement. Dit is de watercementfactor. Een hogere watercementfactor zorgt voor een lagere druksterkte. Voor het 28

29 bepalen van deze factor wordt een analysemonster van ca. 5 kg gebruikt. De specie wordt nat gewogen waarna deze wordt verwarmd totdat er geen massaverlies meer is (dit houdt in dat alle vocht weg is). Het monster wordt opnieuw gewogen. De watercementfactor kan bepaald worden met de volgende formule: De volume van het water wordt bepaald met de volgende formule: Bepalen van het luchtgehalte Een te hoog luchtgehalte in beton heeft een nadelig effect op de eindsterkte van het beton. 1% lucht in het beton staat gelijk aan 5% sterkteverlies. Voor het maximale luchtgehalte is de eis gesteld van maximaal 4% (BRL 1801). Het luchtgehalte wordt bepaald door middel van de drukmethode (NEN-EN ). Bij deze proef wordt er gebruik gemaakt van een luchtmeter. Een luchtvat wordt gevuld met betonspecie en verdicht. Vervolgens wordt er druk (d.m.v. water) op de specie gezet. Hierdoor wordt de in het beton aanwezige lucht samengedrukt. Het luchtgehalte wordt afgelezen op de gekalibreerde manometer. De volledige beschrijving van de proef is te lezen in bijlage IV. Afbeelding 23: Luchtmeter 6.2. Beton Nadat het beton geproduceerde en gestort is moet de uiteindelijke sterkte van het beton bepaald worden. Dit wordt gedaan aan de hand van de minimale kubusdruksterkte die beton moet hebben. C28/35 bijvoorbeeld heeft een minimale kubusdruksterkte van 35 N/mm2. Voor het onderzoek wordt de kubus niet alleen op druk beproefd maar ook op vloeistofindringing. Dit wordt alleen gedaan om te kijken of het granulaat effect heeft op de indringing van vloeistof Drukproef De drukproef (NEN-EN ) wordt onder een drukbank. Hier wordt een belasting op de kubus uitgeoefend. Na enige tijd zal de kubus bezwijken waarna de bezwijkkracht in kn kan worden afgelezen op de drukbank. De druksterkte van de kubus wordt vervolgens bepaald met de volgende formule: De volledige proefbeschrijving is te lezen in Bijlage V. Afbeelding 24: Beproeven op druksterkte 29

30 Vloeistofindringing Naast de druksterkte wordt de vloeistofindringing van de kubus ook bepaald (NEN-EN ). Na 28 dagen wordt de kubus gedurende 3 dagen onder een waterdruk van 5 bar gezet. Na drie dagen wordt de kubus gespleten en wordt de vloeistofindringing afgetekend en gemeten door middel van een meetlat (zie afbeelding 25). Voor de vloeistofindringing gelden de volgende eisen: Gemiddelde waarde van maximaal 25 mm Piekwaarde van maximaal 50 mm Deze proef is gebruikelijk bij vloeistofdichte constructies en wordt enkel uitgevoerd om de invloed van betongranulaat op de vloeistofindringing te bekijken. De volledige proefbeschrijving is te lezen in Bijlage V. Afbeelding 25: Meten van de vloeistofindringing 30

31 7. Mengselontwerpen 7.1. Referentiemengsel Voordat beton geproduceerd kan worden met betongranulaat moet een mengsel gemaakt worden waarmee de nieuwe mengsels met betongranulaat worden vergeleken. Dit is het referentiemengsel. Als referentiemengsel is gekozen voor het mengsel wat per jaar het meest wordt geproduceerd. Dit om een maximale winst uit de recycling te halen. Per jaar wordt door Schagen ongeveer m 3 beton geproduceerd. Hiervan is ca m 3 wegenbouwmengsel. Het wegenbouwmengsel heeft de volgende opbouw (hoeveelheden per m3): Portlandvliegascement; - Portlandcement CEM I 52,5 N (205 kg); - Vliegas (125 kg). Grind N31,5 (871,4 kg); Grind N16 (290,4 kg); Betonzand 0-4 (486,6 kg); Metselzand 0-2 (278,7 kg); Water (98 l); Plastificeerder Centrament N5 (0,66 kg). Portlandcement CEM I 52,5N: Portlandcement wordt gemaakt van portlandklinkers en wordt toegepast als cement in het wegenbouwmengsel. Het portlandcement heeft een normsterkte van 52,5 N/mm 2. Het mengsel bevat 205 kg portlandcement Vliegas: Vliegas is een afvalstof dat wordt hergebruikt in beton. Samen met het portlandcement vormt het portlandvliegascement. De vliegas heeft een normsterkte van 32,5 N/mm 2. Het mengsel bevat 125 kg vliegas Grind N31,5: Grind uit de korrelgroep Dit dient als grof toeslagmateriaal. Het beton bevat 871,4 kg grind N31,5 Grind N16: Voor een optimale korrelverdeling wordt een tweede grindkorrelgroep toegepast namelijk In het mengsel zit 290,4 kg van dit grind. Betonzand 0-4: Zand dat dient als fijn toeslagmateriaal. De korrelafmetingen hebben een maximale diameter van 4 mm. Het mengsel bevat 278,8 kg betonzand. Metselzand 0-2: Net als bij het grove toeslagmateriaal wordt ook bij het fijne materiaal een extra zandfractie toegevoegd om een beter korrelverdeling te krijgen. Hierbij is de maximale korrelafmeting 2 mm. Het mengsel bevat 278,8 kg metselzand 31

32 Water: Het water dat het betonmengsel moet bevatten is 149 liter. Hier is het geabsorbeerde water en het aanhangende water in meegenomen. Het absorberende water is het water dat door de korrels is geabsorbeerd. Het aanhangende water (ook wel adsorberende water) is het water dat aan de korrels blijft hangen. Het totale watergehalte is het geabsorbeerde + het geadsorbeerde water. Afbeelding 26: absorptie en adsorptie van water (Betonlaborant BV) In dit geval is het absorberende en adsorberende vermogen van het toeslagmateriaal als volgt: Grind N31.5 : 0,9% / 2,7% Grind N16 : 1,0% / 2,7% Betonzand 0-4 : 0,0% / 4,3% Metselzand : 0,0% / 3,5% In het totaal wordt 61,47 liter geadsorbeerd en 9,99 liter geabsorbeerd. Dit houdt in dat er 149 liter 61,47 liter +9,99 liter = 98 liter water moet worden toegevoegd. Tijdens de ingangscontrole is het vochtgehalte en absorptievermogen van het betongranulaat bepaald (zie bijlage X) Centrament N5 Centrament N5 is een plastificeerder die wordt gebruikt om de verwerkbaarheid van het mengsel te verbeteren, zonder dat meer water toegevoegd hoeft te worden. Het mengsel bevat 0,66 kg plastificeerder Proefmengsels Voor het onderzoek moeten een aantal betonmengsels ontworpen worden. Er is gekozen om in ieder geval een mengsel te beproeven waarin 50% van het grind vervangen door betongranulaat. Dit is omdat het vervangen van grind tot 50% volgens de CUR 112 geen constructieve gevolgen zal hebben. Om een goed beeld te krijgen van het effect van het toepassen van betongranulaat in beton worden verder de volgende percentages betongranulaat toegepast: 0%, 10%, 30%, 50%, 70%, 90% en 100%. Voor vervanging van het zand door fijn betongranulaatzand zijn de volgende percentages toegepast: 10%, 30% en 50%. Hier is tot 50% gegaan omdat dit volgens CUR 108 het maximale vervangingspercentage is m.b.t. het fijne toeslagmateriaal. Het betongranulaat en betongranulaatzand, wat is gebruikt voor deze proefmengsels, is afkomstig van de Drentse Recycle Maatschappij (DRM). De ingangscontrole is niet volledig uitgevoerd op dit materiaal omdat het materiaal al KOMO- gecertificeerd is (zie bijlage X). Alle mengsel worden in de betoncentrale geproduceerd. Het volledige recept van het referentiemengsel en de proefmengsels zijn te zien in bijlage VI. 32

33 7.3. Eigenschappen betonmengsels De betonmengsels moeten volgende eigenschappen hebben: Sterkeklasse 5 : Druksterkte min. 35 N/mm 2 Consistentieklasse : C1 Aarde vochtig Cement soort : CEM II Portlandvliegascement Milieuklasse 6 : - Chlorideklasse : C1.0 max. 1,0% chloride 5 De sterkteklasse waaraan het mengsel moet voldoen is C28/35. Dit mag niet vermeld worden omdat het mengsel wordt geleverd op samenstelling 6 De milieuklasse waaraan het mengsel moet voldoen is XF4. Dit mag niet vermeld worden omdat het wordt geleverd op samenstelling. Hierom moet het mengsel een watercementfactor van maximaal 0,45 (±0,02) hebben. 33

34 8. Resultaten proefkubussen betongranulaat 8.1. Stortgegevens Voor het beproeven van de toepassing van betongranulaat zijn de mengsels, beschreven in hoofdstuk 7, gemaakt. Van elk mengsel zijn een zestal kubussen gemaakt. Het beton voor deze kubussen is geproduceerd in de centrale. De kubussen worden in de volgende volgorde op druksterkte beproefd: 1 na 2 dagen; 1 na 7 dagen; 1 na 14 dagen; 2 na 28 dagen; 1 na 28 dagen voor de vloeistofindringing. Er is gekozen voor zes kubussen om een zo goed mogelijk beeld te krijgen van de sterkteontwikkeling. Ook het luchtgehalte, de watercementfactor, de specietemperatuur, het gewicht van de kubussen, en de consistentie zijn gemeten. De gemeten waarden (stortgegevens) zijn de vinden in tabel 11. Aan de hand van de watercementfactor kan worden uitgerekend wat de verwachte kubusdruksterkte wordt na 28 dagen. De stortgegevens per mengsel zijn te vinden in bijlage VII. Stortgegevens vervanging betongranulaat Mengsel Luchtgehalte wcf Temperatuur (ᵒC) Tabel 11: Stortgegevens beproefde mengsels Gem. gewicht kubussen Luchtgehalte Als vuistregel is gesteld dat 1% extra lucht zorgt voor 5% sterkteverlies. De betonmengsels zijn ontworpen op een luchtgehalte van 2%. Uit de beproeving blijkt dat alle betonmengsels een luchtgehalte van 2% of lager hebben, behalve het mengsel met 90% betongranulaat. Deze heeft een luchtgehalte van 2,4%. Het sterkte verlies is in theorie dus ongeveer 2% ten opzichte van een mengsel met een luchtgehalte van 2%. Omdat de verwachte eindsterkte op 52,6 N/mm 2 zit, is dit luchtgehalte nog acceptabel. Dit hoge luchtgehalte wordt niet veroorzaak door de grote hoeveelheid betongranulaat wat wordt toegepast in dit mengsel, aangezien het mengsel met 100% betongranulaat een luchtgehalte heeft van 0,50%. Watercementfactor Van ieder mengsel is de watercementfactor bepaald. De watercementfactor heeft grote invloed op de eindsterkte na 28 dagen en wordt bepaald door de betonspecie te drogen. Wanneer dit is gebeurd kan met de volgende formules de watercementfactor worden bepaald. 34 Consistentie klasse Zetmaat/ Verdichtingsmaat Verwachte eindsterkte (N/mm2)* 0 2% 0, ,03 C1 vm 1,31 56,5 10 1,35% 0,48 12,2 8,02 S2 zm 85 49,1 30 1,40% 0,51 12,8 7,93 S2 zm 55 46,0 50 1,80% 0,46 14,4 7,94 C1 vm 1,33 51,3 70 1,60% 0,47 15,2 7,82 C1 vm 1,33 50,2 90 2,40% 0,45 14,9 7,72 C1 vm 1,40 52, ,50% 0,41 15,2 7,79 C1 vm 1,36 58,0 *K = 0,8N + 25/wcf -45 (Luchtgehalte niet meegenomen) K = eindsterkte beton na 28 dagen in N/mm2 N = Normsterkte van het cement in N/mm2 wcf = watercement factor (zie tabel)

35 Temperatuur De temperatuur van de betonspecie heeft invloed op de sterkteontwikkeling. Uit de metingen blijkt dat de temperatuur van de specie niet afhankelijk is van de hoeveelheid betongranulaat, aangezien er geen stijgende lijn is te zien. De specietemperatuur is vooral afhankelijk van het weer en de temperatuur van het water dat is gebruikt voor het maken van de betonspecie. Gewicht kubussen Na het storten zijn de kubussen gewogen. Er is te zien dat hoe meer betongranulaat wordt toegepast, hoe lager het soortelijk gewicht van de betonkubussen wordt. Het referentiemengsel heeft een gemiddeld gewicht van 8,03 kg/kubus terwijl het mengsel met 100% betongranulaat rond de 7,80 kg/kubus zit. Reden hiervoor is dat betongranulaat lichter is dan grind. Consistentie Van alle mengsels is er een verdichtingsmaat genomen om een verband te zien tussen de verwerking en de hoeveelheid betongranulaat. Alle mengels zitten in de consistentieklasse C1, met uitzondering van het 10 en 30% mengsel 7. Deze hebben een hogere consistentie omdat ze meer water bevatten. Ook valt op dat het mengsel met 100% een lagere verdichtingsmaat heeft dan het mengsel met 90% (1,40 en 1,36). Tussen de hoeveelheid betongranulaat en de verdichtingsmaat kan geen duidelijk verband worden gezien, aangezien de mengsels met 10% en 30% meer water bevatten en niet meegenomen kunnen worden in de meting Druksterktes Van alle mengsels zijn twee kubussen gemaakt die na 28 dagen beproefd zijn. De overige kubussen zijn beproefd t.b.v. de sterkteontwikkeling en komen aan bod in hoofdstuk 8.3. Tevens zijn alle resultaten van de alle proefmengsel te vinden in bijlage VIII. De resultaten na 28 dagen zijn gevisualiseerd in tabel 12 en grafiek 1. Ook de verwachte druksterkte na 28 dagen is in deze grafiek te zien. Kubusdruksterkte na 28 dagen Percentage betongr. (%) Bezwijkkracht 1e serie (kn) Tabel 12: Kubusdruksterktes na 28 dagen Bezwijkkracht 2e serie (kn) Oppervlakte kubus (mm2) 7 Bij de 10% en 30% mengsels is geen verdichtingsmaat maar een zetmaat genomen. Dit komt doordat deze mengsels uit de betonmixer komen, waardoor ze in consistentieklasse S2 zitten. 35 Druksterkte 1e serie (N/mm2) Druksterkte 2e serie (N/mm2) Gem. beide series (N/mm2) ,1 48,8 47, ,6 44,6 45, ,4 47,2 47, ,7 49,4 48, ,8 47,5 48, ,8 51,5 51, ,7 50,6 50,6

36 De verwachte eindsterkte niet wordt gehaald door de meeste mengsels. Wel hebben alle mengsels een druksterkte hoger dan 35 N/mm 2 waardoor ze voldoen aan de minimale kubusdruksterkte. Wat opvalt in de grafiek is dat er een stijgende lijn te zien is in de druksterkte na 28 dagen naarmate het percentage betongranulaat groter wordt. Een mogelijk verklaring hiervoor is dat de waterabsorptie van betongranulaat groter is dan de gemeten waarde in het lab. De werkelijke watercementfactor is hierdoor lager dan de gemeten waarde. Dit verschil wordt groter naarmate meer betongranulaat wordt toegepast. Hierdoor wordt de druksterkte steeds hoger wanneer meer betongranulaat wordt toegepast. Grafiek 1: Invloed van de hoeveelheid granulaat op de druksterkte 8.3. Sterkteontwikkeling Om de sterkteontwikkeling te onderzoeken zijn drie van de zes kubussen gedrukt na respectievelijk 2, 7 en 14 dagen. In tabel 13 is de sterkteontwikkeling te zien. De gegevens uit deze tabel zijn gevisualiseerd in grafiek 2 en grafiek 3. Verloop sterkteontwikkeling Percentage Bezwijkkracht Bezwijkkracht betongr. (%) 2 dagen (kn) 7 dagen (kn) Tijd (dagen) Tabel 13: Sterkteontwikkeling proefkubussen Bezwijkkracht 14 dagen (kn) Oppervlakte kubus (mm2) Druksterkte 2 dagen (N/mm2) Druksterkte 7 dagen (N/mm2) Druksterkte 14 dagen (N/mm2) Druksterkte 28 dagen (N/mm2) ,0 36,8 39,3 47, ,2 31,8 37,0 45, ,7 30,0 36,6 47, ,7 33,3 40,6 48, ,6 34,2 41,3 48, ,2 38,8 45,2 51, ,0 34,7 40,8 50,6 36

37 In grafiek 2 is te zien dat alle lijnen redelijk hetzelfde verloop hebben. De hoeveelheid betongranulaat heeft dus geen opvallend effect op de sterkteontwikkeling van het beton. Het referentiemengsel heeft wel een afwijkende slinger in de grafiek. De oorzaak hiervan is waarschijnlijk niet dat er geen betongranulaat toegepast is in dit mengsel, aangezien er geen verschillen te zien zijn in de sterkeontwikkeling van de andere mengsels. Grafiek 2: Druksterkte ontwikkeling proefkubussen In grafiek 3 zijn de sterktes na 2, 7, 14 en 28 dagen gevisualiseerd. In de grafiek is te zien dat na 14 dagen alle mengsels de eindsterkte hebben bereikt. Ook hebben de lijnen, net als grafiek 2, allemaal redelijk hetzelfde verloop waardoor uit grafiek 2 en 3 de conclusie kan worden getrokken dat de hoeveelheid betongranulaat geen effect heeft op de sterkte ontwikkeling. 37

38 Grafiek 3: Invloed betongranulaat op druksterkte 8.4. Vloeistofindringing De beschouwde mengsels zijn allemaal beproefd op vloeistofindringing om te beoordelen of de toevoeging van betongranulaat hier effect op heeft. Alle mengsels voldoen aan de eis van de gemiddelde vloeistofindringing van maximaal 25 mm en een maximum van 50 mm. Daarbij is niet waargenomen dat een hoger percentage betongranulaat, een diepere vloeistofindringing geeft. De resultaten van de vloeistofindringing zijn te zien in bijlage IX Samengevat Uit de resultaten van de beproevingen blijkt dat het granulaat geen negatieve invloed heeft op de eindsterkte, sterkteontwikkeling en vloeistofindringing. De eindsterkte lijkt zelfs steeds groter te worden wanneer meer betongranulaat wordt toegepast. Een duidelijke conclusie die wel getrokken kan worden is dat hoe meer betongranulaat wordt toegepast, hoe lichter het beton wordt. Dit is in principe geen nadeel. Ook kan aan de hand van de gegevens geen verband worden aangetoond tussen de hoeveelheid betongranulaat en de consistentie van de betonspecie. Wat visueel opvalt aan de verwerking is dat er steeds langer getrild moet worden om de betonmengsels te verdichten wanneer er meer betongranulaat wordt toegepast. Dit is echter met deze gegevens niet aan te tonen. Er moeten dus andere proeven gedaan worden om aan te tonen dat beton waarin betongranulaat wordt toegepast minder goed is te verdichten dus minder verwerkbaar is. 38

39 9. Resultaten proefkubussen betongranulaatzand 9.1. Stortgegevens Voor het beproeven van de toepassing van fijn betongranulaatzand zijn de mengsels, beschreven in hoofdstuk 7, gemaakt waarbij zand is vervangen door betongranulaatzand. Van elk mengsel is een zestal kubussen gemaakt. Het beton voor de kubussen is geproduceerd in de centrale. De kubussen worden in de volgende volgorde beproefd: 1 na 2 dagen; 1 na 7 dagen; 1 na 14 dagen; 2 na 28 dagen; 1 na 28 dagen voor de vloeistofindringing. Er is gekozen voor zes kubussen om een zo goed mogelijk beeld te krijgen van de ontwikkeling van de sterkte in tijd. Ook het luchtgehalte, de watercementfactor, de specietemperatuur, het gewicht van de kubussen, en de consistentie zijn gemeten. De gemeten waarden (stortgegevens) zijn te vinden in tabel 14. Aan de hand van de watercementfactor kan worden uitgerekend wat de verwachte kubusdruksterkte wordt na 28 dagen. De volledige stortgegevens per mengsel zijn te zien in bijlage VII. Stortgegevens vervanging betongranulaatzand Mengsel Luchtgehalte (%) wcf Temp. (ᵒC) Gem.gewicht kubussen (kg) Tabel 14: Stortgegevens beproefde mengsels Consistentieklasse Zetmaat/ Verdichtings maat Verwachte eindsterkte (N/mm2)* 0 2,00 0, ,03 C1 vm 1,31 56,5 10 2,00 0,45 12,2 8,01 C1 vm 1,33 52,6 30 2,60 0,4 13,3 7,89 C1 vm 1,33 59,5 50 2,20 0,48 16,2 7,96 C1 vm 1,36 49,1 *K = 0,8N + 25/wcf -45 (Luchtgehalte niet meegenomen) K = eindsterkte beton na 28 dagen in N/mm2 N = Normsterkte van het cement in N/mm2 wcf = watercement factor (zie tabel) Luchtgehalte De betonmengsels zijn ontworpen op een luchtgehalte van 2%. De mengsels met een vervangingspercentage van 0% en 10% voldoen hieraan. De mengsels met 30% en 50% voldoen hier niet aan. Het 30% mengsel heeft een luchtgehalte van 2,60%. Dit geeft na verwachting een sterkteverlies van 3% ten opzichte van de andere kubussen. Het 50% mengsel heeft een luchtgehalte van 2,20%. Dit zal een sterkteverlies geven van ongeveer 1%. Aangezien de verwachte eindsterktes ruim boven de 35 N/mm 2 liggen, is het luchtgehalte van beide mengsels acceptabel. Watercementfactor Net als bij de proeven met betongranulaat, is de watercementfactor ook bepaald bij de proeven met betongranulaatzand. De watercementfactor heeft grote invloed op de eindsterkte van het beton en is bepaald met dezelfde formules als bij de beproevingen met betongranulaat (hoofdstuk 8). 39

40 Temperatuur De temperatuur van de betonspecie heeft invloed op de sterkteontwikkeling. Uit de metingen blijkt dat de temperatuur van de specie niet afhankelijk is van de hoeveelheid betongranulaatzand, aangezien geen stijgende lijn is te zien. De specietemperatuur is vooral afhankelijk van het weer en de temperatuur van het water dat is gebruikt voor het maken van de betonspecie. Gewicht kubussen Na het storten zijn de kubussen gewogen. Naarmate meer betongranulaatzand wordt toegepast neemt het gewicht van de kubussen licht af. Dit effect is groter bij de mengsels waarin grind wordt vervangen door betongranulaat. Dit komt doordat betonmengsels in principe meer grind dan zand bevatten, waardoor er bij vervanging van bijvoorbeeld 10% grind een grotere hoeveelheid van al het toeslagmateriaal in beton wordt vervangen dan bij het vervangen van 10% zand 8. Consistentie Van alle mengsels is een verdichtingsmaat genomen om een verband te onderzoeken tussen de verwerking en de hoeveelheid betongranulaatzand. Uit deze resultaten blijkt dat betongranulaatzand geen effect heeft op de verdichtingsmaat Druksterktes Van alle mengsels zijn twee kubussen gemaakt die na 28 dagen worden beproefd op druksterkte. De resultaten zijn te zien in tabel 15 en grafiek 4. Ook de verwachte druksterkte na 28 dagen is in de grafiek te zien. De resultaten van alle druksterktes zijn te zien in bijlage VIII. De overige kubussen komen aan bod in hoofdstuk 9.3. Kubusdruksterkte na 28 dagen Percentage Bezwijkkracht Bezwijkkracht betongr.zand (%) 1e serie (kn) 2e serie (kn) Tabel 15: Kubusdruksterktes na 28 dagen Oppervlakte kubus (mm2) Druksterkte 1e serie (N/mm2) Druksterkte 2e serie (N/mm2) Gemiddelde beide series (N/mm2) ,1 48,8 47, ,6 51,4 52, ,1 49,8 49, ,2 52,6 51,9 De verwachte eindsterkte wordt niet door alle mengsels gehaald. Alle mengsels hebben wel een druksterkte hoger dan 35 N/mm 2. In de lijn van de druksterkte na 28 is geen grote daling of stijging te zien. De hoeveelheid betongranulaatzand heeft dus geen invloed op de druksterkte. Enkel bij het vervangen van 30% zand door betongranulaatzand is een groot verschil tussen de verwachte eindsterkte en de werkelijke eindsterkte. Een verklaring hiervoor kan zijn dat het mengsel met een vervangingspercentage van 30% een hoog luchtgehalte had in vergelijking met de andere mengsels, dus meer sterkteverlies.. 8 Hier wordt verder op ingegaan in paragraaf

41 Grafiek 4: Invloed van hoeveelheid granulaat op druksterkte 9.3. Sterkteontwikkeling Om de sterkteontwikkeling te beoordelen zijn drie van de zes kubussen gedrukt na respectievelijk 2, 7,14 en 28 dagen (zie onderstaande tabel en grafiek 5 en 6) Verloop sterkteontwikkeling Percentage betongr.zand zand (%) Bezwijkkracht 2 dagen (kn) Bezwijkkracht 7 dagen (kn) Tabel 16: Sterkteontwikkeling proefkubussen Bezwijkkracht 14 dagen (kn) Oppervlakte kubus (mm2) Druksterkte 2 dagen (N/mm2) Druksterkte 7 dagen (N/mm2) Druksterkte 14 dagen (N/mm2) In grafiek 5 is te zien dat alle lijnen redelijk hetzelfde verloop hebben. De hoeveelheid granulaatzand heeft dus geen opvallend effect op de sterkteontwikkeling van het beton. Het referentiemengsel heeft wel een afwijkende slinger in de grafiek. De oorzaak hiervan is waarschijnlijk niet dat er geen betongranulaatzand toegepast is in dit mengsel, aangezien geen grote verschillen te zien zijn in de sterkteontwikkeling van de andere mengsels. Druksterkte na 28 dagen (N/mm2) Tijd (dagen) ,0 36,8 39,3 47, ,0 37,4 42,4 52, ,6 34,6 41,3 49, ,6 36,5 41,8 51,9 41

42 Grafiek 5 : Druksterkte ontwikkeling proefkubussen De druksterktes van 2, 7, 14 en 28 dagen, met de minimale kubusdruksterkte en de verwachte eindsterkte in zijn in grafiek 6 gevisualiseerd. Er een vergelijkbaar beeld tussen de toepassing van betongranulaatzand en betongranulaat. Na 14 dagen hebben alle mengsels de gewenste sterkte van 35 N/mm 2 bereikt. Aan de hand van grafiek 5 en 6 kan de conclusie worden getrokken dat de hoeveelheid betongranulaatzand geen effect heeft op de sterkteontwikkeling van het beton. Grafiek 6: Invloed granulaatzand op druksterkte 42

43 9.4. Vloeistofindringing De beschouwde mengsels zijn allemaal beproefd op vloeistofindringing om te beoordelen of de toevoeging van betongranulaatzand hier effect op heeft. Alle mengsels voldoen aan de eis van de gemiddelde vloeistofindringing van maximaal 25 mm en een maximum van 50 mm. Daarbij is niet waargenomen dat een hoger percentage betongranulaatzand zorgt voor een diepere vloeistofindringing. De resultaten van de beproeving zijn te zien in bijlage IX Samengevat Het toepassen van betongranulaatzand heeft geen invloed op de eindsterkte, sterkteontwikkeling en de vloeistofindringing. Wel is te zien dat naarmate meer betongranulaatzand wordt toegepast, het luchtgehalte en de verdichtingsmaat toenemen. Dit kan betekenen dat meer plastificeerder of water moet worden toegevoegd om de verdichtingsmaat te verlagen, maar ook meer cement om de watercementfactor te verlagen. Door de lagere watercementfactor wordt het eventueel sterkteverlies door een hoger luchtgehalte of toevoeging van extra water gecompenseerd. Omdat de twee mengsels met de grootste hoeveelheid betongranulaatzand het hoogste luchtgehalte hebben wordt aangenomen dat een hoger percentage betongranulaatzand een hoger luchtpercentage betekend. Dit kan komen door de hoekigere vorm van betongranulaatzand ten opzichte van zand. Voordat deze conclusie echt getrokken kan worden moet meer onderzoek worden gedaan, aangezien maar vier mengsels zijn onderzocht. De toepassing van betongranulaatzand leidt niet tot een aantoonbaar nadeel. Het hogere luchtgehalte (in verhouding tot het referentiemengsel) voldoet nog steeds aan de eis. Toch moet bij deze kubussen, net als bij de proefkubussen uit hoofdstuk 8, langer getrild worden om het mengsel te verdichten. Omdat deze bevinding niet aan te tonen is met de gevonden resultaten, moeten er andere proeven worden uitgevoerd. 43

44 10. Proefvakken Uit de resultaten van hoofdstuk 8 en 9 zijn geen aantoonbare of grote invloeden van het betongranulaat of betongranulaatzand opgevallen. Hierom is gekozen om een tweetal proefvakken op het terrein van Schagen te storten met het referentiemengsel (uit hoofdstuk 7) en een mengsel met zowel betongranulaat als betongranulaatzand (zie afbeelding 27 en 28). Van beide mengsels zijn zes kubussen gemaakt en is het luchtgehalte, de watercementfactor, de temperatuur, het gewicht van de proefkubussen, de consistentie en de druksterkte na 28 dagen bepaald. De proefvakken op het terrein zijn twee vloeren van 2m x 2m x 0,25m. Om het beton goed in de bekisting van deze vakken te verwerken moeten de betonmengsels een consistentie hebben van S2 of S3 (handwerkbeton) Betonmengsels In het eerste vak is het referentiemengsel uit hoofdstuk 7 gestort. In het tweede proefvak is een mengsel gestort waarin de maximale hoeveelheid (meer dan de CUR 112 en 106 toestaan) van het toeslagmateriaal is vervangen door betongranulaat. Van het grind en zand is respectievelijk 100% en 66% vervangen door betongranulaat en betongranulaatzand ( mengsel). Er is 66% van het zand vervangen door betongranulaatzand in plaats van 100% van het zand. Bij vervanging van 66% zand door betongranulaatzand wordt het maximaal toelaatbare fijnen delen 9 in beton bereikt. Beide mengsels zijn in de betoncentrale geproduceerd. De reden dat gekozen is voor een mengsel waarin de maximale hoeveelheid toeslagmateriaal is vervangen door betongranulaat is proberen aan te tonen wat het werkelijke nadeel is van toepassen van betongranulaat als toeslagmateriaal in betonmengsels en op welke eigenschappen van het betonmengsel betongranulaat invloed heeft. De gegevens van beide mengsels zijn te zien in bijlage VI en bijlage VII. Afbeelding 27 : Storten proefvakken Afbeelding 28: Verharden proefvak 9 Korrels kleiner dan 0,063mm 44

45 10.2. Stortgegevens In tabel 17 zijn de stortgegevens van de mengsels te zien. Stortgegevens proeven proefplaat Mengsel Referentie 100% grof 66% fijn Luchtgehalte 2,10% 1,90% wcf 0,45 0,61 Temperatuur (ᵒC) 10,6 17 Gemiddeld gewicht kubussen (kg) 7,89 7,35 Consistentieklasse S3 S2 Zetmaat/ Schudmaat zm 110 sm 400 zm 60 sm 430 Tabel 17: Stortgegevens proefvakken Luchtgehalte Het mengsel heeft een lager luchtgehalte dan het referentiemengsel. Uit de resultaten van de proefkubussen uit hoofdstuk 9 leek het mogelijk dat een hoger percentage betongranulaatzand een hoger luchtgehalte veroorzaakt. Het resultaat van de het proefvak spreekt dit echter tegen. Toch is het nog steeds mogelijk dat een hoger percentage betongranulaatzand een hoger luchtgehalte, dus een lagere sterkte betekend. Dit is waarschijnlijk niet zichtbaar omdat in het mengsel niet alleen de hoeveelheid betongranulaatzand is verhoogd, maar ook de hoeveelheid betongranulaat en water. Hierdoor is een vergelijking lastig te maken en zijn er meerdere proeven nodig om een goed verband aan te tonen tussen het luchtgehalte en de hoeveelheid betongranulaatzand in een betonmengsel. Watercementfactor Beide betonmengsels zijn wegenbouwmengsels en zitten zonder aanpassingen in consistentieklasse C1. Tijdens het produceren van de mengsels is meer water toegevoegd om de mengsels een consistentie te geven van S2 of S3 zodat het mengsel makkelijk verwerkbaar is in de proefvakken. Meer water betekend een hogere watercementfactor. Een hogere watercementfactor veroorzaakt een lagere eindsterkte van het beton. Tevens moet de watercementfactor voldoen aan de eis, gebaseerd op de milieuklasse. Het mengsel heeft een watercementfactor van 0,61, terwijl het referentiemengsel een veel lagere watercementfactor van 0,45 heeft. Het mengsel vraagt dus meer water dan het referentiemengsel, om het mengsel in consistentieklasse S2 te krijgen. Het mengsel voldoet door de grote hoeveelheid water niet meer aan de eis die gesteld is aan de watercementfactor. Gewicht van de kubussen Uit de resultaten van de proef is, net als bij de eerdere proefkubussen, gebleken dat het gewicht van betonmengsels afneemt naarmate meer toeslagmateriaal wordt vervangen door betongranulaat. Reden hiervoor is de dat betongranulaat en betongranulaatzand lichter zijn dan grind en zand. Consistentie Met behulp van de zet- en schudmaat (afbeelding 29 en 30) is de consistentie van beide mengsels bepaald. De resultaten staan in tabel 17. Uit de zetmaat is gebleken dat het referentiemengsel valt in consistentieklasse S3 en mengsel in S2. In beide mengsels is meer water toegevoegd om de mengsels verwerkbaar te maken. Wanneer het mengel in dezelfde consistentieklasse moet vallen als het referentiemengsel moet meer water worden toegevoegd. 45

46 Afbeelding 29: Meten van de zetmaat Afbeelding 30: Meten van de schudmaat Druksterkte Van de mengsels uit de proefvakken zijn zes kubussen gemaakt. Twee kubussen zijn na 28 dagen beproefd op druksterke. Verder zijn van beide mengsels kubussen beproefd op druksterkte na 2, 7 en 14 dagen. De zesde kubus is beproefd op vloeistofindringing. In tabel 18 zijn de resultaten van de druksterkte en druksterkteontwikkeling te zien. Verloop sterkte ontwikkeling Referentie Kubusdruksterkte 2 dagen (N/mm2) 16,4 10,6 Kubusdruksterkte 7 dagen (N/mm2) 29,3 22,9 Kubusdruksterkte 14 dagen (N/mm2) 34,8 27,7 Kubusdruksterkte 28 dagen (N/mm2) 43,7 35,2 Tabel 18: Kubusdruksterkte na 28 dagen Doordat het mengsel slechter verwerkbaar is vraagt het meer water, hierdoor krijgt dit mengsel een hogere watercementfactor, waardoor de eindsterkte minder is. Dit is duidelijk te zien in tabel 18. In grafiek 7 is de sterkteontwikkeling gevisualiseerd. 46

47 Grafiek 7: Sterkteontwikkeling proefkubussen Beide lijnen hebben hetzelfde verloop. De sterkteontwikkeling is dus van beide mengsels gelijk. Hiermee wordt, net als in hoofdstuk 8 en 9, aangetoond dat het gebruiken van betongranulaat als toeslagmateriaal nauwelijks invloed heeft op de sterkteontwikkeling van het beton Vloeistofindringing Om aan te tonen wat de invloed van betongranulaat is op de vloeistofindringing, is deze ook beproefd 0p het mengsel. Afbeelding 31: Vloeistofindringing mengel Alle beproefde mengsels 10 met betongranulaat en betongranulaat zand voldoen aan de eisen. Echter is dit niet het geval bij het mengsel. In afbeelding 31 is te zien hoe hoog de vloeistofindringing van het mengsel is. Duidelijk is dat het water ver in de kubus is gedrongen. Dit komt omdat er erg veel water bij dit mengsel is toegevoegd. Hierdoor drijven de korrels in het betonmengsel uit elkaar en ontstaat een lossere structuur in het beton. Dit zorgt dat het water veel sneller, dieper en makkelijker een weg kan vinden door het beton. 10 Mengsels uit hoofdstuk 7 47

48 10.5. Samengevat Het toepassen van betongranulaat lijkt uit dit resultaat geen invloed te hebben op het luchtgehalte van het betonmengsel. Dit spreekt resultaten uit hoofdstuk 9 tegen. Echter is het mengsel niet direct te vergelijken met de resultaten van de mengsels uit hoofdstuk 9, omdat er niet alleen meer betongranulaatzand is toegevoegd in het mengsel, maar ook meer betongranulaat. Duidelijk is dat betongranulaat de verwerkbaarheid verslechterd. Tijdens de proeven uit hoofdstuk 8 en 9 lijkt dat wanneer meer betongranulaat(zand) wordt toegepast, er langer getrild moet worden om de mengsels te verdichten. Echter is dit met de concrete resultaten uit de bovenstaande hoofdstukken niet aantoonbaar. Hier wordt op terug gekomen in hoofdstuk 12. Uit de resultaten van hoofdstuk 8 en 9 m.b.t. de vloeistofindringing blijkt dat het betongranulaat geen effect hier op heeft. Uit de proefvakken blijkt echter dat een te hoog gehalte betongranulaat (meer dan volgens CUR 106 en 112 is toegestaan) zorgt voor een te diepe vloeistofindringing. De grote hoeveelheid toegevoegd water is hier de oorzaak van. 48

49 11. Kosten en baten toepassing betongranulaat De verwachting is dat beton waarin toeslagmateriaal wordt gerecycled goedkoper is dan beton zonder recycling. Dit omdat betongranulaat goedkoper is dan grind. Toch is het in de praktijk noodzakelijk om te weten of het daadwerkelijk goedkoper is, en hoeveel het dan goedkoper is. Daarbij kan een optimalisatie plaatsvinden naar één mengsel Kosten referentiemengsel De kostprijzen van de grondstoffen voor beton zijn weergeven in tabel 19. Prijsopbouw beton Kostenpost eenheid p.p.e hoeveelheid p.p.e Opmerking Metselzand kg 10, Betonzand kg 12, Grind 4/32 kg 14, Grind 4/16 kg 15, Portlandcement B kg 83, Vliegas kg 31, Plastificeerder kg 0,85 1 Water kg 1, Betongranulaat kg 4, Prijsopbouw betongran. Betongranulaatzand kg 4, Prijsopbouw betongran. Draaikosten m3 14,85 1 Prijsopbouw betongranulaat Kostenpost eenheid p.p.e hoeveelheid p.p.e prijs/ton Breken ton 3,85 1 3,85 Intern transport ton 0,55 1 0,55 Afschrijving loods* ton 1.650, ,17 Ingangscontrole ton 1.184, ,24 Totaal ton 4,80 Tabel 19: Overzicht prijzen grondstoffen, onderbouwing prijs betongranulaat De bovenstaande tarieven zijn opgevraagd bij een kostendeskundige. Ter bepaling van een prijs van betongranulaat wordt uitgegaan van een productie van ton per jaar. Hierbij moet op elke 5000 ton een ingangscontrole, zoals benoemt in hoofdstuk 3,moet worden uitgevoerd. De prijs van het plaatsen van de loods voor het betongranulaatzand is 16500,- 11. De loods wordt in 10 jaar afgeschreven, dus de afschrijvingskosten zijn 1650,- per jaar. Wanneer wordt uitgegaan van de prijzen uit tabel 19 zal een kuub beton van het referentiemengsel 63,04 kosten. Dit is weergegeven in tabel Betongranulaatzand moet onder zo droog en constant mogelijke omstandigheden worden opgeslagen. Hiervoor is een loods op het terrein gebouwd. 49

50 Calculatie model beton Kostenpost hoeveelheid eenheid p.p.e hoeveelheid (p.p.e) prijs/m3 prijs Vervanging referentie % Beton 10 m3 Grind 4/32 871,4 kg 14, ,94 129,40 Grind 4/16 290,4 kg 15, ,39 43,85 Betonzand 486,6 kg 12, ,20 62,04 Metselzand 290,4 kg 10, ,93 29,33 Betongranulaat 0 kg 4, ,00 0,00 Betongranulaatzand 0 kg 4, ,00 0,00 Portlandcement B 205 kg 83, ,14 171,38 Vliegas 125 kg 31, ,92 39,19 Plastificeerder 0,66 kg 0,85 1 0,561 5,61 Water 106 kg 1, ,11 1,06 Draaikosten 1 m3 14, ,85 148,50 Totaal 63,04 630,36 Tabel 20: Calculatie 10 m3 beton (referentiemengsel) Recyclingspercentage Het referentiemengsel bevat 428 l/m3 grind en 281 l/m3 zand. Wanneer wordt uitgegaan van deze verhoudingen kan worden bepaald hoe groot deel van het toeslagmateriaal wordt gerecycled bij verschillende vervangingspercentages. Dit is het recyclingspercentage. Deze recyclingspercentages zijn te zien in tabel 21. In deze tabel zijn van een aantal mengsels de vervangingspercentages, de verschillende hoeveelheden toeslagmateriaal in liter, de verhouding betongranulaat/ betongranulaatzand (recycleverhouding) en het percentage toeslagmateriaal wat is vervangen door betongranulaat te zien. Recyclingpercentage op basis van betonmengsel Vervangingspercentage Nieuw Gerecycled Totaal Verhoudingen recycling BG%* BGZ%* Grind (l) Zand (l) BG (l) BGZ (l) Nieuw (l) Recycle Totaal (l) BG/ BGZ Recycle % (l) nvt ,4 252,9 85,6 28,1 595,3 113, ,0 16, ,4 238,85 85,6 42,15 581,25 127, ,0 18, ,4 224,8 85,6 56,2 567,2 141, ,5 20, ,4 196,7 85,6 84,3 539,1 169, ,0 24, ,4 168,6 85,6 112, ,8 27, ,4 140,5 85,6 140,5 482,9 226, ,6 31, ,9 0 28,1 680,9 28, , ,8 0 56,2 652,8 56, , ,7 0 84,3 624,7 84, , , ,4 596,6 112, , , ,5 568,5 140, , , , ,2 42, , , , ,6 128, , ,2 nvt , , ,4 299, , , , ,8 385, , ,4 * BG = betongranulaat ** BGZ = betongranulaatzand Tabel 21: recyclingspercentages per mengsel 50

51 Tijdens het breken van betonpuin tot betongranulaat is de productie ongeveer 2/3 betongranulaat en 1/3 betongranulaatzand 12. Een aantal mengsels zijn blauw gemaakt. Het mengsel met 20% betongranulaat en 15% betongranulaatzand is een ideaal mengsel. Wanneer dit mengsel wordt gebruikt zullen de hoeveelheden betongranulaat en betongranulaatzand even snel opraken, waardoor onnodige opslag van materiaal wordt voorkomen. Het mengsel met 20% grof en 50% fijn is blauw gemaakt omdat dit mengsel de maximale hoeveelheid vervanging van zand door betongranulaatzand bevat volgens de CUR- aanbeveling 106. In dit geval wordt 32% van het toeslagmateriaal gerecycled en is de recycleverhouding betongranulaat/betongranulaatzand 0,6. Dit betekend dat de hoeveelheid betongranulaatzand sneller opraakt dan de hoeveelheid betongranulaat. Het mengsel waarin 50% van het grind wordt vervangen door betongranulaat heeft een recyclepercentage van 30%. In dit geval wordt ongeveer net zo veel toeslagmateriaal vervangen als bij vervanging van 20% grind en 50% zand. Een nadeel aan dit mengsel is dat het betongranulaatzand niet wordt gebruikt, waardoor voor dit materiaal een andere oplossing gevonden moet worden. Wanneer 100% van het grind wordt vervangen door betongranulaat, wat toegestaan is volgens de CUR- aanbeveling 112, is er een recyclingpercentage van 60%. Dit is twee keer zo veel als wanneer een maximale hoeveelheid van het zand wordt vervangen door betongranulaatzand. Uit deze gegevens komt naar voren dat wanneer grind wordt vervangen door betongranulaat, meer toeslagmateriaal wordt gerecycled, dan wanneer zand wordt vervangen door betongranulaatzand Kostenbesparing toeslagmateriaal In tabel 22 staan de verschillende ontworpen betonmengsels, de hoeveelheden toeslagmateriaal per mengsel en wat er bespaard kan worden op het toeslagmateriaal ten opzichte van het referentiemengsel. Kostenbesparing Vervangingspercentage Grind 4/32 Grind 4/16 Betonzand Metselzand Betongranulaat Betongranulaat Prijs toeslag Besparing zand materiaal prijs per ton 14,85 15,10 12,75 10,10 4,80 4,80 0 grof 871,40 290,40 486,60 290,40 0,00 0,00 26,46 0,00 10 grof 1.027,30 0,00 531,20 260,50 105,00 0,00 25,16 1,30 30 grof 862,10 0,00 470,00 230,40 340,10 0,00 22,75 3,71 50 grof 615,80 0,00 470,00 230,40 566,90 0,00 20,19 6,28 70 grof 369,50 0,00 470,00 230,40 793,60 0,00 17,62 8,85 90 grof 123,20 0,00 470,00 230, ,30 0,00 15,05 11, grof 0,00 0,00 469,70 230, ,70 0,00 13,76 12,70 10 fijn 865,30 288,70 439,00 255,80 0,00 74,10 25,75 0,72 30 fijn 824,60 275,20 422,10 156,10 0,00 237,90 24,50 1,96 50 fijn 885,80 296,10 370,00 0,00 0,00 355,60 24,05 2,41 50 fijn 20 grof 981,50 0,00 350,10 0,00 226,70 324,30 21,68 4, ,00 0,00 289,20 0,00 974,30 540,40 10,96 15,50 Referentie* 871,40 290,40 486,60 290,40 0,00 0,00 26,46 0,00 *is gelijk aan 0 grof mengsel Tabel 22: Kostenbesparing op toeslagmateriaal bij verschillende mengsels Duidelijk is te zien dat de mengsel waarin het grind (grof) is vervangen meer besparing opleveren dan de mengsels waarin het zand (fijn) is vervangen (hier is verder op doorgegaan met de beproevingen 12 In dit rapport is uitgegaan van een breekverhouding 2:1 (grof:fijn) 51

52 in hoofdstuk 12). Reden hiervoor is dat de prijzen van grind hoger zijn dan die van zand. Uit de bovenstaande tabel kan niet de conclusie worden getrokken dat hoe hoger de kostenbesparing is op het toeslagmateriaal, hoe lager de prijs van het beton wordt. Het beton kan namelijk achteruit gaan in verwerkbaarheid bij hoge vervangingspercentages. Hierdoor is het mogelijk dat maatregelen moeten worden genomen zoals meer cement of hulpstoffen, wat de prijs weer hoger maakt. 52

53 12. Laboratoriumproductie t.b.v. verwerking Waarom laboratoriumproductie Uit de resultaten van hoofdstuk 10, waarbij proefvakken gestort zijn, is gebleken dat bij een mengsel met betongranulaat een grote hoeveelheid water moet worden toegevoegd om het beton verwerkbaar te krijgen. Hier moet wel vermeld worden dat het mengsel in het proefvak niet voldoet aan de adviezen uit de CUR- aanbevelingen uit hoofdstuk 5. Het is dan ook niet duidelijk of dit ook geldt voor mengsels die wel voldoen aan de CUR- aanbevelingen. Wat tijdens de eerste reeks kubussen visueel opviel was hoe meer zand of grind werd vervangen, hoe langer de betonkubussen moesten worden getrild om de mengsels goed te verdichten. Dit effect is lastig aan te tonen omdat elk mengsel een andere watercementfactor heeft. Hierdoor zijn de mengsels moeilijk met elkaar te vergelijken. Wanneer gekeken wordt naar de kosten en baten van het vervangen van grind en zand door betongranulaat en betongranulaatzand, blijkt het vervangen van grind door betongranulaat een hogere kostenbesparing geeft dan wanneer zand wordt vervangen door betongranulaatzand. Daarom is ervoor gekozen om op laboratoriumschaal een aantal proeven te doen waarin enkel grind wordt vervangen door betongranulaat. Op deze manier wordt geprobeerd met een constant mengsel met dezelfde hoeveelheid water en cement, aan te tonen dat beton met betongranulaat slechter te verwerken is. Betongranulaatzand wordt niet toegepast omdat het relatief weinig oplevert en omdat de wet- en regelgeving minder mogelijkheden geeft voor het toepassen van betongranulaatzand te opzichte van betongranulaat. Op labschaal worden het referentie,- het 50% en 100%- mengsel geproduceerd. Om de verdichting beter te bepalen zijn in plaats van de verdichtingsmaat de zet- en schudmaat gemeten. Deze maten geven een beter beeld van de verdichting dan de verdichtingsmaat doordat er een vaste hoeveelheid energie (25x porren bij zetmaat en 15x schudden bij schudmaat) wordt gebruikt. Van elk mengsel is 25 liter beton geproduceerd. Bij elke 25 liter beton is een halve liter extra water toegevoegd om een schud- en zetmaat te meten. Dezelfde mengsel zijn nog een keer geproduceerd met als doel de verwerkbaarheid te verbeteren.. Afbeelding 32: Productie op labschaal met handmenger Invloed betongranulaat In tabel 23 zijn de resultaten te zien van de proeven die zijn gedaan tijdens laboratoriumproductie. 53

54 Verdichting (Labschaal) Mengsel Gehalte Gewicht Wcf Z1 S1 Z2 S2 Z1-Z2 S1-S2 Gran. (%) kubus (kg) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) R ,01 0,42 130,0 500,0 90,0 460,0 40,0 40,0 50% 50 7,86 0,46 43,0 360,0 5,0 330,0 38,0 30,0 100% 100 7,63 0,49 10,0 350,0 5,0 315,0 5,0 35,0 50% 3xplast 50 7,97 0,47 59,0 365,0 17,0 305,0 42,0 60,0 100% 3xplast 100 7,69 0,52 31,0 400,0 10,0 350,0 21,0 50,0 Z1: Zetmaat na productie S1 Schudmaat na productie Z2 Zetmaat na 1 uur S2 Schudmaat na 1 uur Tabel 23: Verdichting van betonspecie bij verschillende mengsels, uitgedrukt in zet- en schudmaat In grafiek 8 en 9 is de invloed van het toepassen van betongranulaat op de zet- en schudmaat gevisualiseerd. Hoe hoger de zet- of schudmaat is, hoe hoger de consistentie van het beton, dus hoe beter de verwerkbaarheid. Grafiek 8: Invloed betongranulaat op zetmaat Afbeelding 33 en 34: Zetmaat referentie (boven) en mengsel met 100% granulaat (onder). In grafiek 8 is duidelijke te zien dat de zetmaat lager wordt naarmate meer betongranulaat wordt toegepast. Uit deze grafiek kan dus gesteld worden dat hoe meer betongranulaat wordt toegepast, hoe lager de zetmaat wordt, dus hoe lager de consistentie van het mengsel. Dit is duidelijk gemaakt door de afbeeldingen 33 en 34. Om te kijken of door het betongranulaat een terugloop in de verwerking tijdens transport plaatsvindt is de consistentie ook gemeten één uur na productie. Wanneer dit het geval is kan vervanging van grind door betongranulaat problemen geven met de verwerking in het geval van grote transportafstanden. Het verschil tussen de zetmaat direct en na één uur is bij het referentie- en het 50% mengsel hetzelfde. Dit geldt niet voor het 100% mengsel. Aangezien de zetmaat van het 100% mengsel zo laag is dat deze nauwelijks terug kan lopen, kunnen er uit deze proef nog geen conclusies getrokken worden. 54

55 Daarom is ook gekeken naar de schudmaat. In grafiek 9 is te zien dat ook de schudmaat lager wordt wanneer betongranulaat wordt toegepast in betonmengsels. Uit dit resultaat kan de conclusie worden getrokken dat hoe meer grind wordt vervangen door betongranulaat, hoe slechter de verwerkbaarheid van het betonmengsel wordt. Net als bij de zetmaat is ook de schudmaat een uur na de productie van het mengsel gemeten. Het verschil tussen de schudmaat na productie en de schudmaat een uur na de productie is ook te zien in de grafiek. Deze waarde is voor alle drie (referentie, 50 en 100%) de mengsels ongeveer gelijk. Wanneer naar de schudmaat wordt gekeken is er te zien dat de mengsels met betongranulaat niet sneller teruglopen in verwerking dan mengsels zonder betongranulaat. Uit deze resultaten blijkt de toepassing van betongranulaat geen extra problemen te geven met de verwerking in het geval van lange transportafstanden. Grafiek 9: Invloed betongranulaat op schudmaat Invloed plastificeerder Toepassing van betongranulaat zorgt voor een lagere consistentie en dus een slechtere verwerkbaarheid. Om de consistentie te verhogen zijn er twee manieren. Ten eerste kan meer water in het mengsels worden toegevoegd. Dan moet ook meer cement moet worden toegevoegd om dezelfde watercementfactor en sterkte te behouden. Het probleem is alleen dat meer cement extra kosten met zich meebrengt, waarmee dit alternatief commercieel niet interessant is. De tweede manier om een betere verwerkbaarheid te krijgen is het toevoegen van meer plastificeerder. Dit is een betere en goedkopere methode omdat plastificeerder geen invloed heeft op de watercementfactor, dus geen invloed op de kwaliteit van het beton. In dit geval hoeft geen extra cement worden toegevoegd. Om deze reden is gekozen om de mengsels met betongranulaat op laboratoriumschaal opnieuw te beproeven met drie keer zoveel plastificeerder dan in het referentiemengsel. De resultaten van deze proef zijn ook te zien in tabel 23 (hoofdstuk 12.2). De resultaten zijn gevisualiseerd in grafiek 10 en

56 Grafiek 10: Invloed plast op zetmaat De rode balk in grafiek 10 is de zetmaat van het mengsels waarin 50% van het grind is vervangen door betongranulaat. De paarse balk is hetzelfde mengsel, alleen is in dit mengsels drie keer zoveel plastificeerder toegepast. Te zien is dat de zetmaat bij de laatste groter is dan de zetmaat bij een normale hoeveelheid plastificeerder. De groene balk is de zetmaat van een mengsel waarin 100% van het grind is vervangen door betongranulaat. De lichtblauwe balk geeft de zetmaat weer van hetzelfde mengsel met drie keer zo veel plastificeerder. Net als bij het mengsel met 50% is de zetmaat groter geworden naarmate meer plastificeerder is toegepast. Grafiek 11: Invloed plast op schudmaat Van alle bovenstaande mengsels is ook de schudmaat beproefd. Deze resultaten zijn te zien in grafiek 11. De rode balk in grafiek 11 is de schudmaat van het mengsels waarin 50% van het grind in beton is vervangen door betongranulaat. De paarse balk is hetzelfde mengsel, alleen is in dit mengsels drie keer zo veel plastificeerder toegepast. Te zien is dat de schudmaat bij drie keer zoveel plastificeerder gelijk is aan de schudmaat bij een normale hoeveelheid plastificeerder. Van de mengsels waarin 100% van het grind is vervangen door betongranulaat is een vergelijkbaar beeld te zien. Wat opvalt is dat het 100% mengsel met drie keer zo veel plastificeerder een grotere schudmaat heeft dan het 50% mengsel met drie keer zo veel plastificeerder. Dit kan komen door een meetfout (bij het 100% mengsel), omdat dit resultaat de andere resultaten tegenspreekt. Plastificeerder verbeterd de verwerkbaarheid, maar heeft duidelijk meer invloed op de zetmaat als op de schudmaat. 56