Groen Beton. Dennis Bruins Merel van Burgsteden Renate van der Meulen

Transcriptie

1 Groen Beton Dennis Bruins Merel van Burgsteden Renate van der Meulen

2 Voorwoord. In dit onderzoek is gezocht naar oplossingen om beton te verduurzamen. Hier is voornamelijk literatuurstudie gedaan naar bestaande technieken en methoden om de footprint van beton kleiner te maken. Ook is er onderzoek gedaan naar het hergebruik van beton. Dit kan door betongranulaat her te gebruiken als toeslag materiaal voor nieuw beton of het een andere bestemming te geven. In dit verslag is een samenvatting gemaakt van bekende technieken uit artikelen of publicaties. Dit is geen zelf opgezet onderzoek maar een beknopte samenvatting van bestaande technieken. In de bronvermelding wordt aangegeven waar de volledige onderzoeken staan. Dit onderdeel is dan ook geen beroepsproduct maar vooral een samenvatting waar de volgende studenten mee verder kunnen. Beton kleinere footprint dan gedacht! Bekend is dat bij de productie van beton, en vooral bij de productie van cement veel CO2- uitstoot vrij komt. De wereldwijde CO2- uitstoot die bij de productie van cement vrij komt wordt geschat op circa 5%. Echter wijzen nieuwe studies uit dat beton circa 50% van het CO2 opneemt wat bij de productie wordt uitgestoten. Hierdoor is de totale CO2- uitstoot uit de productie van cementgebonden producten niet 5% maar 2.5% In Nederland wordt veelal gebruik gemaakt van vliegascement en hoogovencement. In de samenstelling van het beton wordt niet alleen met cement gewerkt maar ook met poederkoolvliegas en hoogovenslak. Hoogovenslak komt vrij bij de productie van staal en poederkoolvliegas is een restproduct van energiecentrales die op kolen lopen. Door het grootschalige gebruik van hoogovenbeton en vliegasbeton is de CO2- uitstoot van beton in Nederland geen 2.5% maar 1.7%. Hierdoor is Nederland een van de voorlopers op de verduurzaming van beton. Door gebruik te maken van hoogovenslak en poederkoolvliegas los je twee problemen op. Je verlaagt de uitstoot van CO2 in cementgebonden producten en de restproducten van hoogovenslak en poederkoolvliegas worden hoogwaardig hergebruikt. Een aantal manieren om de CO2- uitstoot in cementgebonden producten verder te verlagen zijn: CO2- arm beton Slow Concrete Beton zal zijn hele levensduur doorgaan met uitharden. Maar na circa 28 dagen is het beton dusdanig uitgehard dat er op verder gebouwd kan worden. Om de uithardingstijd van beton naar 28 dagen te krijgen is een hoog cementgehalte nodig. Maar er zijn ook projecten waarbij dit helemaal niet nodig is. Bijvoorbeeld omdat het object niet binnen 28 in gebruik wordt genomen, of omdat door een goede planning eerst andere werkzaamheden uitgevoerd kunnen worden. Het is dus ook de opgave om door een goed ontwerp en een sterke planning ervoor te zorgen dat de uithardingstijd van de betonnen elementen te verhogen. Hierdoor is een lager cementgehalte nodig wat zal leiden tot een lage CO2- emissie. Geopolymeren Geopolymeer is een populaire naam voor een diverse groep van bindsystemen, met grondcalciumaluminaten en silicaten als belangrijkste grondstoffen. Alle geopolymeren worden geactiveerd door de toevoeging van hulpmiddelen zoals natronloog of natriummetasilicaat. Wanneer de geopolymeren een sterke verbinding hebben hoeft er minder cement verhit te worden.

3 Geopolymeer kan op meerdere methodes geproduceerd worden. Dit kan met een koud proces en met een smeltproces waarbij de emissiereductie tussen de 60% en 80% ligt. Geopolymeerbeton is nog in de ontwikkeling. Hierdoor zijn er beperkingen waarvoor het gebruikt mag worden. Op dit moment mag Geopolymeerbeton alleen nog gebruik worden in niet- constructieve toepassingen. Er zijn al wel meerder pilotprojecten bezig om te kijken hoe het beton over een langere tijd in constructieve toepassingen zal gedragen. CSA- B Cement CSA- B Cement (calcium sofa- aluminaat beliet cement) heeft een vergelijkbare kwaliteit als portlandcement maar heeft circa 30% minder CO2- uitstoot. Dit komt deels omdat de klinker bij een lagere temperatuur wordt geproduceerd. Ook om de klinker te maken wordt minder elektriciteit gebruik dan bij het malen van de klinkers voor portlandcement. Dit scheelt naast de vermindering in CO2- emissie ook kosten voor elektriciteit en brandstof. Korrelpakking Korrelpakking is de mate waarin de korrelvormige grondstoffen van beton in elkaar passen, van zand en grind tot aan het bindmiddel. Hoe beter die in elkaar passen, des te minder holle ruimtes er met cementlijm opgevuld hoeven worden. Een betere korrelpakking zorgt dus voor een reductie van cementgebruik en een reductie van de milieu- impact. Betontechnologen vertalen de eisen waaraan beton moet voldoen in een betonsamenstelling. Hier wordt niet alleen rekening gehouden met de verhouding cement en toeslagmaterialen maar ook met de samenstelling van het cement en de verhouding van zand en grind zelf, zodat zowel de chemische als fysische binding in het beton voor sterkte zorgt. Dit kan bijvoorbeeld door optimalisatie van de verhouding van reeds beschikbare grondstoffen, door gericht in te kopen op korrelvariaties en het op voorraad houden van verschillende graderingen zand en grond. Zo valt 10% kosten te besparen op bindmiddel, het aandeel hulpstoffen te verlagen en de verwerkingseigenschappen te verbeteren. Hiervoor is wel de juiste kennis nodig bij de mensen die beton inkopen en controleren, en bij het personeel dat de optimalisatie van korrelpakking toepast. Rijstdoppenas Door toevoeging van rijstdoppenas blijkt dat 10 tot 12% minder cement gebruikt kan worden zonder dat dit constructieve consequenties heeft voor het beton. Door de toevoeging van rijstdoppenas wordt het cement minder poreus waardoor dit beton uitstekend te gebruiken is bij in de wegenbouw of bij waterbouwkundige projecten. Jaarlijks levert de wereldwijde rijstbouw circa 21.5 miljoen toen rijstas op wat later in cement kan worden verwerkt. Door het toevoegen van rijstdoppenas hoeft er minder cement gebruikt te worden en aangezien het beton minder poreus is gaat het langer mee. Zelfreparend Biobeton In tegenstelling tot gewoon beton kan biobeton zijn eigen scheuren dichten. Dat doet het met behulp van bacteriën die in de gaten in het beton leven, de zogeheten extremofielen. Deze microscopische wezentjes zijn niet alleen gewend om in de natuur onder ruige omstandigheden te leven, ze gedijen er zelfs bij. Wetenschappers vinden extremofielen terug in basische meren, in de diepzee en denken zelfs dat ze op de Saturnusmaan Titan kunnen zitten.

4 De bacterievariant maakt in het droge beton met wat voedsel ladingen calciumcarbonaat aan, beter bekend als kalksteen. En laat dat nou toevallig een grondstof voor zijn voor cement, één van de basisonderdelen van beton. Een blok beton is namelijk opgebouwd uit verschillende stoffen: twee bindmiddelen, cement en water, een toeslagmateriaal zoals zand en gemalen baksteen dat het beton verstevigd tegen druk, en soms een wapening van staven die het beton beschermen van trekkrachten. De levensduur van een betonnen constructie is zo n vijftig tot honderd jaar, lang genoeg voor scheuren om steeds groter te groeien. Maar de bacteriën werken snel: ze dichten een scheur in twee tot vijf dagen. Tenminste, in het lab. Want hoe zijn biobeton zich in het wild gedraagt, daar gaat wordt de komende jaren nog onderzoek naar gedaan. Na drie jaar testen doorstaat het beton alle laboratoriumtest, maar dat zegt nog niet zoveel. Want het buitenmilieu is wel even wat anders dan een comfortabel lab. Buiten is het koud, wisselt de temperatuur snel en is het nat. Er wordt onderzoek gedaan of het beton hierdoor negatieve eigenschappen krijgt. Met pilotproeven gaat worden getest of het beton lekkages tegenhoudt. In omgevingen als parkeergarages en tunnels drukt het grondwater op de scheuren in het beton. Zo ontstaan er lekkages, uit de proeven moet blijken of het biobeton zijn stevigheid behoudt als het nat is.

5 Circulair beton De circulaire economie moet worden gezien als een economisch systeem dat is bedoeld om hergebruik van grondstoffen, producten en menselijke talenten te maximaliseren en waardevernietiging te minimaliseren. Dit is anders dan het nog veel voorkomende lineaire systeem, waarin grondstoffen worden omgezet in producten die na verbruik worden afgedankt of vernietigd. Vanuit de benadering van een circulaire economie is het niet de vraag wat je met afvalstoffen kunt, maar he je in een volgende cyclus ervoor kunt zorgen dat producten, materialen en grondstoffen effectief kunnen worden teruggewonnen en weer opnieuw gebruikt. circulaire economie maakt behalve van de eigen keten ook gebruik van andere ketens. Beton is daar een goed voorbeeld van. Naast primaire grondstoffen worden ook bijproducten uit andere productieprocessen gebruikt, zoals hoogovenslak en poederkoolvliegas in cement of beton. Betongranulaat dat aan het eind van de levensduur na sloop en breken ontstaat wordt opnieuw ingezet als grondstof. Blijvend onderzoek wordt gedaan naar nieuwe ontwikkelingen in het gebruik van cementen of bindmiddelen en toeslagmaterialen. Hierbij worden de mogelijkheden uit andere productieketens zorgvuldig verkend. Dit laatste om ervoor te zorgen dat de circulariteit van de betonketen in stand blijft en niet wordt verstoord door het gebruik van grondstoffen die hergebruik later kunnen belemmeren. Beton met betongranulaat als grof toeslagmateriaal Bepalend voor de maximale hoeveelheid betongranulaat zijn specifieke prestaties die aan het beton worden gesteld: de sterkte-, milieu, en consistentieklassen, de toepassing en eventuele andere randvoorwaarden. Daarnaast is het van belang te weten welke regelgeving van toepassing is. Moet het mengsel voldoen aan het bouwbesluit, dan is onder meer de betonnorm NEN- EN 206 met Nederlandse invulling NEN 8005 van kracht. In de NEN- EN 206 / NEN 8005 wordt een maximum van 30% (m/m) betongranulaat (als percentage grindvervanging) toegestaan, met daarbij enkele kwaliteitseisen aan het betongranulaat. Wanneer betongranulaat met een productinformatieblad wordt gebruik zoals opgesteld door BOVN en BRBS Recycling, mag worden verondersteld dat aan deze eisen worden voldaan. Wanneer er ambities zijn om meer betongranulaat toe te passen dan toegelaten volgens de NEN- EN 206 / NEN 8005, kunnen tussen opdrachtgever, aannemer en producent aanvullende afspraken worden gemaakt duur CUR- Aanbeveling 112 van toepassing te verklaren. CUR- Aanbeveling 112 schrijft dat bij vervanging van 50% van het grind door betongranulaat, de constructieve eigenschappen niet wezenlijk veranderen voor beton in de sterkte- klassen C12/15 t/m C53/65 (C55/67). Wanneer meer grind dan 50% van het grind wordt vervangen door betongranulaat, moet rekening worden gehouden met andere constructieve eigenschappen zoals genoemd in CUR- Aanbeveling 112. Ook geld dan een beperking ten aanzien van milieuklassen XD en XS. De CUR- Aanbeveling spreekt uitsluitend over grove fractie betongranulaat. Naast de grove fractie is er ook nog een aanzienlijke hoeveelheid van de fijne fractie (< 4 mm) beschikbaar. Richtlijnen voor toepassing van de fijne fractie betongranulaat worden beschreven in CUR- Aanbeveling 106. Idealiter moet het gebruik van betongranulaat niet leiden tot een slechtere milieu- impact. Logischerwijs moet het betongranulaat niet te veel worden getransporteerd, omdat dit een hogere milieubelasting geeft. Zo blijkt dat de transportafstand beperkt moet blijven tot 35 km, anders heeft dit negatieve gevolgen voor de milieubelasting.

6 Toepassingsmogelijkheden rycyclinggranulaten Funderingsmateriaal De belangrijkste toepassing van recyclinggranulaat is die in funderingen voor de wegenbouw. in de jaren 1970 is een omschakeling gemaakt naar grootschalige toepassing van recyclinggranulaten toen er problemen waren ontstaan met de tot dan toe gebruikelijke materialen (vooral zand, zandcement en slakken). In de ervaring die daarna is opgebouwd is gebleken dat een zeer betrouwbare en sterke funderingslaag kan worden gebouwd. Omdat de toplagen (asfalt of beton) relatief kostbaar zijn probeert men te besparen op de dikte van deze lagen, zonder dat daarbij de kwaliteit in het geding mag komen. Het blijkt dat met recyclinggranulaat veel kan worden bespaard. Unieke eigenschap van recyclinggranulaat is dat de sterkte (stijfheid) door verkitting en hydraulische werking van de bestanddelen, toeneemt in de tijd. De langzame groei voorkomt scheurvorming van de toplaag. Uit onderzoek van Rijkswaterstaat is gebleken dat bij hergebruik van oude funderingslagen, deze sterktegroei opnieuw zal optreden. Verhardingslaag of (tijdelijke) wegverhardingen Recyclinggranulaat dat is geproduceerd voor funderingslagen kan ook dienen als bovenlaag. Door een goede korrelverdeling en vochtgehalte laat dit materiaal zich vlak afwalsen tot een stevige toplaag. Deze kaan kan voor verschillende doeleinden worden gebruikt: parkeren, tijdelijke werkweg, etc. In deze hoedanigheid is het ook goed mogelijk om voetpaden of fietspaden aan te leggen. Hierbij moet wellicht rekening worden gehouden met de uiterlijke kenmerken van de laag. In de standaard samenstelling is een klein percentage hout of glas nog wel toegestaan. In de praktijk komen hier soms vragen over. Overigens is door de handling van het materiaal spraken van een minder scherp materiaal (ook glas) dan men zou verwachten. Waterbuffering en drainage Recyclinggranulaat heeft van zichzelf een vrij grote holle ruimte. Dit heeft als voordeel dat dit materiaal veel vocht kan verwerken voordat dit problemen geeft met condens onder de verhardingslaag of vorst- dooi problemen of verpapping. De waterbergende werking van het granulaat kan verder worden vergroot door de 0/4 mm fractie uit te zeven. De bergingscapaciteit neemt hierdoor verder toe. Dit materiaal wordt wel gebruik om waterbuffers te creëren naast gesloten verhardingen, viaducten en in woonwijken. De natuurlijke afvoer van het water heeft dan meer tijd. Wanneer de fijne fractie wordt afgezeefd is het draagvermogen van de laag niet meer vergelijkbaar met die van het normaal gegradeerde granulaat. Het recyclingbedrijf meot ook afzet vinden voor de fijne fractie, wat vaak lastiger is dan afzet als funderingsmateriaal. Schanskorven Grof recyclingmateriaal kan dienen als vulling voor schanskorven, soms alleen als kernmateriaal, soms als volledige vulling. De schanskorven worden op hun beurt weer als wanden, terreinscheiding en dergelijke ingezet Toeslagmateriaal voor paalmatrassen Paalmatrassen zijn funderingen die met heipalen zijn versterkt. Op de palen worden een bed aangelegd met wegendoek en menggranulaat, vaak in meerdere lagen. In de praktijk is gebleken dat

7 recyclinggranulaat een wezenlijke bijdrage levert aan de sterkte van deze constructie, waardoor met minder heipalen kan worden voldaan. Oeverbescherming / Waterbouwsteen Grof recyclinggranulaat is goed toepasbaar in oeverbeschermingen. Er is voldoende massa nodig van de afzonderlijke elementen, waardoor men vaker natuursteen toepast. Echter niet alle oevers zijn zo veeleisend dat hiervoor moet worden gekozen.

8 Bronnen footprint- beton- veel- lager- dan- gedacht arm- beton- 0 verbrande- rijstdoppen- goede- cementvervanger- voor- beton repareert- zichzelf Bijlagen BNV1403 Vraag en antwoord.pdf Duurzaam Beton Trending Topics. CUR- Aanbeveling 112:2014 CUR- Aanbeveling 106:2014