Beton en mortel met poederkoolvliegas verkregen door bijstoken

Transcriptie

1 Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving rapport 99-1 Beton en mortel met poederkoolvliegas verkregen door bijstoken

2 Postbus AK Gouda Telefoon curl 99-1 BETON EN MORTEL MET POEDERKOOLVLIEGAS VERKREGEN DOOR BIJSTOKEN Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving

3 Dit rapport is onder de volgende trefwoorden opgenomen in het CUR-infobestand: duurzaamheid beton carbonatatie chloride-indringing vorstdooizoutbestandheid hulpstoffen luchtbelvormers superplastificeerders vertragers milieu(-aspecten) sterkte-ontwikkeling beton vliegas bindmiddelbijdrage bijstoken geschiktheidsonderzoek karakterisering als vulstof Foto-omslag: Opslagsilo voor poederkoolvliegas (foto: Vliegasunie) Auteursrechten Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieen, opnamen of op enig andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de CUR. Het is toegestaan overeenkomstig artikel 15a Auteurswet 1912 gegevens uit deze uitgave te citeren in artikelen, scripties en boeken, mits de bran op duidelijke wijze wordt vermeld, alsmede de aanduiding van de maker, indien deze in de bron CUR-rapport 99-1 'Beton en mortel met poederkoolvliegas verkregen door bijstoken', april 1999, Stichting CUR, Gouda.' Aansprakelijkheid De CUR en degenen die aan deze publicatie hebben meegewerkt, hebben een zo groat mogelijke zorgvuldigheid betracht bij het samenstellen van deze uitgave. Nochtans moet de mogelijkheid niet worden uitgesloten dat er toch fouten en onvolledigheden in deze uitgave voorkomen. Ieder gebruik van deze uitgave en gegevens daaruit is geheel voor eigen risico van de gebruiker en de CUR sluit, mede ten behoeve van al degenen die aan deze uitgave hebben meegewerkt, iedere aansprakelijkheid uit voor schade die macht voortvloeien uit het gebruik van deze uitgave en de daarin opgenomen gegevens, tenzij de schade mocht voortvloeien uit apzet of grove schuld zijdens de CUR en/of degenen die aan deze uitgave hebben meegewerkt. ISBN

4 VOORWOORD Poederkoelvliegas is imniddels een vertrouwde bouwstof in Nederland. In de huidige regelgeving in Nederland zijn eisen opgenomen voor poederkoolvliegas zelf, als oak voor het gebruik ervan in mortel en beton. De thans in Nederland beschikbare poederkoolvliegas ontstaat bij het verstoken van zuivere poederkool in elektriciteitscentrales. Het bijstoken van secundaire brandstoffen is echter een interessante optie. Het biedt de mogelijkheid afvalstoffen te verwijderen onder omzetting van energie. Onduidelijk was echter of bijstoken leidt tot een even geed en bruikbaar vliegas voor beton en morte!. CUR-onderzoekcommissie B 71 'Poederkoolvliegas (bijstoken) in mortel en beton' werd ingesteld, met als doel te komen met een oordeel 6f en op welke wijze bestaande technische regelgeving voor poederkoolvliegas-bijstoken zou moeten worden aangepast. Daartoe heeft de commissie onderzoek begeleid dat werd uitgevoerd door KEMA Nederland B.V. Ook heeft de commissie gewerkt aan een voorstei voar een conformiteitsonderzoek op basis van het uitgevoerde onderzoek. Dit voorstel is aangeboden aan CUR-voorschriftencommissie 12 'Beton', die het conformiteitsonderzoek inmiddels heeft verwerkt in CUR-Aanbeveling 70 'Toepassing van poederkoolvliegas in mortel en beton'. Het onderhavige rapport kan dan oak worden beschouwd als achtergrondrapport bij deze CUR-Aanbeveling. Op het moment van verschijnen van dit rapport was de samenstelling van commissie B 71 'Poederkoolvliegas (bijstoken) in cement en beton' als volgt: dr. J. M. Goumans, vaorzitter Novem B.V. dr.ir. H.A.W. Cornelissen, secretaris KEMA Nederland B.V. drs. F.J.M. Lamers, rapporteur KEMA Nederland B.V. J.W. van den Berg Vliegasunie B. V. prof.dr. J. Bijen Technische Universiteit Delft dr. ir. J. Blaakmeer ENCI Nederland B.V. ing. Th. Boessenkool BFBN, Heembeton B.V. ir. M.H. Djorai Bouwdienst Rijkswaterstaat M.J.H. Goossens Euroment Benelux B.V. ing. J.H. Holthuis drjr. J.B.M. Hudales ing. C. Souwerbren ir. C.A van der Steen ing. W. van Vreeswijk ir. I.P.G. Mijnsbergen, coordinator prof.ir. P. C. Kreijger, mentor VOBN Vulstofcombinatie Nederland B. V. Stichting BMC Technoconsult KIWAN.V. CUR CUR De CUR dankt de Vliegasunie die met haar financiele bijdrage dit onderzoek mogelijk heeft gemaakt. april 1999 Het bestuur van de CUR 3

5 INHOUD SAMENVATTING 7 SUMMARY 8 1 INLEIDING AIgemeen Doelstelling Randvoorwaarden Voorbereiding van regelgeving 10 2 POEDERKOOLVLIEGASSEN-BIJSTOKEN '" AIgemeen Bijgestookte afvalstoffen Pet-cokes RWZI-slib Papierslib FOG VKW Biomassa 13 3 UITGEVOERD ONDERZOEK Opzet onderzoek Beoordeling eigenschappen Gebruikte grondstoffen 16 4 ALGEMENE KARAKTERISERING Inleiding Chemische aspecten Gehalte macro-elementen Sulfaatgehalte Gloeiverlies Vrij calciumoxide Glasgehalte Gehalte kiezelzuur Fysische aspecten Fijnheid Volumieke massa Morfologie 21 5 EIGENSCHAPPEN CEMENT EN MORTEL MET POEDERKOOLVLIEGAS-BIJSTOKEN Inleiding Bindtijd 22 4

6 5.3 Vormhoudendheid Verwerkbaarheid Druksterkte-ontwikkeling mortels enactiviteits-index 24 6 EIGENSCHAPPEN VAN BETON MET POEDERKOOLVLIEGAS-BIJSTOKEN Inleiding Verwerkbaarheid betonspecie Sterkte-ontwikkeling beton Visuele aspecten Bepaling k-waarde Achtergrond Opstellen referentielijn Bepaling k-waarde bij gelijke verwerkbaarheid k-waarde bij een gelijke water-(cement+vliegas)factor van 0, DUURZAAMHEID VAN BETON MET POEDERKOOLVLIEGAS-BIJSTOKEN Inleiding Beoordeling resultaten Ontwikkeling porienvolume Wateropzuiging Chloride-indringing Vorst-dooizoutbestandheid Carbonatatie 41 8 WERKING VAN HULPSTOFFEN BIJ POEDERKOOLVLIEGAS-BIJSTOKEN Inleiding Resultaten beoordeling werking hulpstoffen Werking (super)plastificeerders Methode Resultaten vooronderzoek Werking van superplastificeerder op basis van melaminehars Werking van plastificeerder op basis van lignosulfonaat Werking luchtbelvonner Werking vertrager 48 9 EVALUATIE EFFECTEN VAN POEDERKOOLVLIEGAS-BIJSTOKEN Overzicht.. " Verwerkbaarheid betonspecie Sterkte beton Invloed op de duurzaamheid van beton '" 51 5

7 9.5 Werking van hulpstoffen Evaluatie toetsingskader voor poederkoolvliegassen-bijstoken EVALUATIE VAN DE PROEVEN Algemeen k-waarde Kwikporosimetrie Chloride-indringing Werking met superplastificeerders Werking van luchtbelvormers ONTWIKKELING VAN REGELGEVING VOOR TOELATING VAN POEDERKOOLVLIEGAS-BIJSTOKEN Algemene aanpak Uitvoering van proefkeuringen CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN 57 Bijlage A TOETS VAN WILCOXON 58 Bijlage B CONFORMITEITSONDERZOEK POEDERKOOLVLIEGAS-BIJSTOKEN 60 Bijlage C ONDERZOEK WERKING HULPSTOFFEN 65 Bijlage D DETERMINATION OF THE K-VALUE OF FLy-ASH 66 Bijlage E GEHANTEERDE BETONSAMENSTELLING 67 Bijlage F VERYAARDIGING BETON 68 Bijlage G DIRECTE METHODE VOOR HET BEPALEN VAN DE PENETRATIE VAN CHLORIDE IN BETON 69 Bijlage H INDIRECTE METHODE VOOR HET BEPALEN VAN DE CHLORIDE PENETRATIE 70 Bijlage I Bijlage J UITERLIJK PROEFSTUKKEN NA BEPALING VAN DE VORST-DOOIZOUTBESTANDHEID 72 GEHANTEERDE METHODE VOOR DE VERSNELDE CARBONATATIE 73 Bijlage K CONFORMITEITSONDERZOEK VOLGENS CUR-AANBEVELING LITERATUUR 79 6

8 SAMENVATTING Voor kolengestookte elektriciteitscentrales is het interessant om in de toekomst naast poederkool andere energierijke producten als secundaire brandstoffen bij te stoken. Bij deze secundaire brandstoffen gaat het hierbij veelal om afvalstoffen en biomassa. Door de overheid is gesteld dat in het kader van 'het verwijderen van afvalstoffen onder omzetting in energie anders dan in een afvalverbrandingsinstallatie' ten hoogste 10 % (m/m) van de brandstof voor de elektriciteitscentrale uit afval mag bestaan. Dit deed de vraag ontstaan of de hierbij verkregen poederkoolvliegas kwalitatief vergelijkbaar is met de vliegas, die ontstaat zonder bijstoken. Om dit na te gaan is in CUR-verband een vergelijkend materiaalkundig onderzoek uitgevoerd tussen beton en mortel met poederkoolvliegas en beton en mortel met poederkoolvliegas verkregen door het bijstoken van afval (in het vervolg aangeduid als poederkoolvliegas-bijstoken of poederkoolvliegas type A). Het onderzoek heeft tevens als basis gediend voor een toelatingsonderzoek van poederkoolvliegas type A. Deze regelgeving in de vorm van een confonniteitsonderzoek is inmiddels vastgelegd in CUR-Aanbeveling 70 'Toepassing van poederkoolvliegas in mortel en beton'. Bij het uitgevoerde onderzoek zijn de eigenschappen van verschillende typen poederkoolvliegas (bijstoken) conform de huidige regelgeving voor toepassing van poederkoolvliegas in beton vastgesteld. De duurzaamheidsaspecten zijn beoordeeld en het effect van de poederkoolvliegas op de werking van hulpstoffen. De eigenschappen zijn vastgesteld conform de eisen van de NEN-EN-450 en CUR-Aanbeveling 70. Als duurzaamheidsaspecten zijn bekeken de chloride-indringing (als maat voor de permeabiliteit) en de vorst-dooizoutbestandheid. De hulpstoffen bestonden uit een type superplastificeerder, een type luchtbelvormer en een type vertrager. Op basis van de resultaten kan worden geconc1udeerd dat de onderzochte poederkoolvliegassen, verkregen door het bijstoken van secundaire brandstoffen in een kolencentrale, geen of een beperkte invloed hebben op de eigenschappen van beton of monel. Om dit ook voor de toekomst te waarborgen is voorgesteld een confonniteitsonderzoek in de regelgeving op te nemen. Over de inhoud van dit conformiteitsonderzoek is in dit rapport een voorstel opgenomen. Dit onderzoek moet aantonen dat poederkoolvliegassen-bijstoken in beton en mortel gelijkwaardig presteren in vergelijking met conventionele vliegassen. Indien de poederkoolvliegas-bijstoken voldoet aan dit conformiteitsonderzoek, kan verder worden volstaan met een beoordeling van deze poederkoolvliegassen op basis van NEN-EN 450. Dit voorstel vormt inmiddels onderdeel van de nieuwe CUR-Aanbeveling 70 'Toepassing van poederkoolvliegas in mortel en beton'. 7