Symposium Grind 2005 Grindsubstitutie: stand van zaken en toekomstbeeld ir. Luc De Bock Opzoekingscentrum voor de wegenbouw
Inhoud van deze presentatie Welke materialen zijn kandidaat grindvervangers? Overzicht per materiaal: oorsprong, belangrijkste karakteristieken, mogelijkheden en beperkingen (bouwtechnisch/milieu) marktsituatie / aanbod Berekening van resterend substitutiepotentieel voor Limburgs Maasgrind door deze materialen
Kandidaat grindsubstituten 1. Natuursteenslag 2. Zeegrind 3. Secundaire grondstoffen 4. Kunstgranulaten
Oorsprong 1. Natuursteenslag (kalksteen, porfier, zandsteen, graniet) Natuurlijke rotsgesteenten van diverse geologische aard Groeves in Wallonië en buitenland Karakteristieken Gebroken tot elk gewenst kaliber Zeer goed geschikt voor bouwtoepassingen Mogelijkheen en beperkingen Bouwtechnisch: aannemers zijn ermee vertrouwd Milieuhygiënisch: OK ( geen reglementering) Ecologie: elke groeveontginning heeft impact op de omgeving, eventueel beperkt tot locale omgeving. Marktsituatie / aanbod Natuurlijke concurrenten van het grind Er is (op korte termijn) een voldoende aanbod mogelijk vanuit Wallonië.
Oorsprong 2. Zeegrind Grind Gebaggerd uit de (Noord)zee, samen met zeezand Karakteristieken Zoals Maasgrind, + hoger zoutgehalte en aanwezigheid van schelpdelen Zeer goed geschikt voor bouwtoepassingen Mogelijkheen en beperkingen Bouwtechnisch: aannemers zijn ermee vertrouwd; (enige beperking inzake Cl - bij voorgespannen betontoepassingen) Milieuhygiënisch: OK ( geen reglementering) Ecologie: impact op zeebodem (morfologie, stromingen, benthos). Marktsituatie / aanbod Geen ontginning op Belgisch deel van de Noordzee (BCP), meest dichtbije zandbanken bevatten enkel zandfractie. Enige import van zeegrind gebaggerd voor Engelse kust.
Oorsprong 3. Secundaire grondstoffen Bewerking van bepaalde steenachtige afvalstoffen, conform aan wetgeving die nuttige toepassing van afvalstof tot bouwstof regelt (Vlarea hoofdstuk 4). Voorbeelden: gerecycleerde granulaten uit bouw- en sloopafval (puingranulaten); afvalstoffen uit diverse industriële sectoren (staalslakken, assen, restzanden, slib). Karakteristieken Steenachtig, van diverse granulometrie. Enige heterogeniteit in samenstelling. Mogelijkheen en beperkingen Bouwtechnisch: niet steeds geschikt voor hoogwaardige toep. Milieuhygiënisch: moeten voldoen aan wetgeving SG Ecologie: nuttige toepassing van afvalstoffen aanrijking marginale bodembelasting. Marktsituatie / aanbod uitgebreid aanbod, vaak met gecerticificeerde kwaliteit.
Oorsprong 4. Kunstgranulaten Gefabriceerd via een industrieel procédé. Op basis van klei of slib. Karakteristieken Granulaire vorm; lichtgewicht (< 2 kg/dm³) Homogene samenstelling en kwaliteit Mogelijkheen en beperkingen Bouwtechnisch: geschikt als granulaat in (lichtbelast) beton; ruime gebruikservaring bij gespecialiseerde aannemers. Milieuhygiënisch: OK ( geen reglementering) Ecologie: OK; als op basis van baggerslib: nuttige toepasing van afvalstof; energie-intensief. Marktsituatie / aanbod Beperkt aanbod; enkel concurrentieel in niche-toepassingen. Toekomstige import?
Oorsprong Puingranulaten (1) Sloop van gebouwen en infrastructuurconstructies. Selectieve sloop en verdere zuivering puingranulaat: o betonpuingranulaat, o metselwerkpuingranulaat, o mengpuingranulaat, o asfaltpuingranulaat, o puinbrekerzand, o puinzeefzand. Karakteristieken Gebroken en gezeefd tot gewenste fractie Sterkte van de steen afhankelijk van samenstelling puin (baksteen is zwakker dan beton) Hogere porositeit dan natuursteenslag; verhoogde waterabsorptie
Puingranulaten (2) Mogelijkheen en beperkingen Bouwtechnisch: geschikt als granulaat voor vele bouwtoepassingen, onderzoek spitst zich toe op toepassing in meer hoogwaardige toepassingen (structureel beton in bouw en wegenbouw) Milieuhygiënisch: OK (! Asbest of teer) Ecologie: OK; nuttige toepasing van afvalstof. Marktsituatie / aanbod Groot aanbod Voor het grootste deel reeds toegepast (> 80 % recycling), vooral in fundering van wegen.
Puingranulaten (3) Materiaal Bouw- & sloopafval Betonpuin Mengpuin Asfaltpuin Totaal aanbod Huidig hergebruik totaal Substitutiepotentieel zand-fractie grind-fractie Maasgrindsubstituut 2.520.000 2.263.000 257.000 51.000 204.000 81.000 1.910.000 1.716.000 194.000 39.000 154.000 62.000 730.000 657.000 73.000 15.000 59.000 24.000
metaalslakken
Oorsprong Metaalslakken (1) bijprodukt van ijzer- en staalindustrie; In de smeltpot worden bovenaan de ongewenste elementen en onzuiverheden (allerlei oxiden van Si, Al, Mg, Ca,...) afgescheiden van het vloeibare metaal = slak; Na afkoeling stolt de slak tot een amorfe structuur, die verder kan gebroken worden tot stukslak, in de afmetingen van klassieke steenslag, of ze stolt door snelle afschrikking tot glasachtige korrels van zandafmetingen (gegranuleerde slak) Soorten: hoogovenslakken (stukslak of gegranuleerd), staalslakken (LD-slak ; EAF-slak; inoxslak), non-ferroslakken (koperslak, loodslak, zinkassen) Karakteristieken Samenstelling afhankelijk van aard metallurgie en toegepast procédé Zwaarder dan natuursteenslag (> 2,6 tot 4,0 kg/dm³)
Metaalslakken (2) Mogelijkheen en beperkingen Bouwtechnisch: geschikt als granulaat voor bepaalde bouwtoepassingen,! LD-staalslakken: Volumetrische stabiliteit was in het verleden vaak een probleem. Hydratatie van CaO tot Ca(OH) 2 = volumetoename binnen in de steen, zorgt voor het zwellen van de slak, eventueel zelfs het uit elkaar vallen; in een gebonden mengsel zoals beton betekent dit het opstuiken van de betonplaat, met spectaculaire schade-gevallen tot gevolg. Milieuhygiënisch:! Gehalte aan zware metalen of bepaalde zouten of anionen. Ecologie: OK; nuttige toepasing van afvalstof. Marktsituatie / aanbod Nagenoeg stabiel aanbod. Concurrentie door andere afnemers, bijvoorbeeld hoogovenslakken, waarvan het totale aanbod wordt opgekocht door de cementfabrieken voor verwerking als grondstof voor hoogovencement.
electro-oven staalslak
electro-oven staalslak
inoxslak
Inoxslakken Oorsprong: bijproduct van de productie van roestvaststaal; oven-, convertor- en VOD-eindslak Stinox (Genk): jaarlijks 250.000 ton slak Milieuhygiënisch: hogere concentraties aan Ni, Cr en F, maar de uitloging blijft beneden de maximaal toegelaten gehaltes voor vormgegeven toepassing. Bouwtechnisch: geschikt voor toepassing als granulaat in steenslagfunderingen en schraal beton voor wegfundering, in asfaltmengsels, in betonblokken. Volumetrische stabiliteit: minder problematisch dan LD wegens beperkt gehalte vrije kalk; onder controle via geschikt rijpingsproces. Gecertificeerde kwaliteit (CE-markering, Benorlabel).
toepassing in wegenbouw
non-ferroslakken Oorsprong: bijproduct van lood-, koper- of zinksmelten; gegranuleerde slak (zandfractie) of gebroken steenslag Karakteristieken Bouwtechnisch: karakteristieken cfr. grof en zuiver zand. Milieuhygiënisch: hoge concentraties aan zware metalen; hoge uitloging Toepassing in : - onderfunderingslaag, - zandcement, eventueel in schraal beton.
Slakken uit ijzer- en staalindustrie Materiaal Totaal Huidig Substitutiepotentieel Maasgrindsubstituut aanbod hergebruik totaal zand-fractie grind-fractie Non-ferroslakken 328.000 316.000 12.000 10.000 2.400 2.400 LD 400.000 100.000 300.000 60.000 240.000 - Staalslakken RVS 300.000 300.000 0 - - - Hoogovenslak 1.200.000 1.200.000 0 - - - Eindslak 50.000 50.000 0 - - - Ijzergieterijen koepelovenslak 3.000 3.000 0 - - - gieterijzand 35.000 27.000 8.000 8.000 0 - gietpotpuin 2.400 2.400 0 - - -
E-Bodemas As van elektriciteitscentrales gestookt met poederkool (1) Bevat onverbrande delen van de poederkool. Karakteristieken Voornamelijk zandfractie Kwaliteit kan schommelen met aard steenkool Mogelijkheen en beperkingen Bouwtechnisch: geschikt als ophogingsmateriaal en in onderfundering Milieuhygiënisch: OK. Marktsituatie / aanbod Nagenoeg volledig verwerkt in cementindustrie.
E-vliegas (PVA) As van elektriciteitscentrales gestookt met poederkool (2) Bevat onverbrande delen van de poederkool. Karakteristieken Fijn grijs poeder (cf. cement) Puzzolane eigenschappen (bindmiddel) Mogelijkheen en beperkingen Bouwtechnisch: puzzolaan bindmiddel ter vervanging van (een deel v/h) cement in puzzolaanbeton of in zandcementmengsels. Milieuhygiënisch: OK Marktsituatie / aanbod Nagenoeg volledig verwerkt als grondstof in de cementindustrie (productie van composietcement).
Poederkoolvliegas
As van vuilverbranding (1) AVI-Bodemas Bevat onverbrande delen van het afval. Karakteristieken Heterogeen van samenstelling, bevat ook groot deel nietsteenachtig (metaal, organische stof, glas, ) Zwakke mechanische sterkte v/h granulaat vgl.m. natuursteenslag Mogelijkheen en beperkingen Bouwtechnisch: geschikt voor eerder laagwaardige toepassingen zoals ophoging en aanvulling, na stabilisatie eventueel als onderfundering van wegen; volumetrische stabiliteit moet gecontroleerd worden. Milieuhygiënisch:! Zware metalen (Cu, PB, Cd), sulfaten en chloriden.
AVI-bodemas
AVI-Vliegas As van vuilverbranding (2) Karakteristieken In tegenstelling tot PVA is hier geen puzzolane werking Bevat de onzuiverheden van het afval in geconcentreerde vorm. Mogelijkheen en beperkingen Bouwtechnisch: eventueel geschikt als vulstof in asfalt of Milieuhygiënisch:! Overschrijdt vele normen SG Ecologie: status van gevaarlijke afvalstof. Marktsituatie / aanbod Wordt niet toegepast wegens negatieve MH kwaliteit. mortel;
Bodemas en vliegas Materiaal bodemas en vliegas Huisvuilverbranding AVI-bodemas AVI-vliegas Totaal aanbod Huidig hergebruik Substitutiepotentieel totaal zand-fractie grind-fractie Maasgrindsubstituut 224.000 86.000 138.000 78.000 60.000 23.000 29.000 0 29.000 29.000 - - Elektriciteitscentrales op kolen E-bodemas poederkoolvliegas 50.000 50.000 0 - - - 86.000 69.000 17.000 3.400 13.600-480.000 462.000 18.000 18.000 0 -
Oorsprong Mijnsteen Bijproduct van steenkoolwinning Bestaat voor een belangrijk deel uit kleihoudende gesteenten (ca. 70 %), naast zandsteen en siltsteen (samen 20 %) en steenkool (inclusief steenkoolhoudende leisteen, samen maximaal 10 %). Karakteristieken Zwakke sterkte van de steen Door branden wordt zwarte mijnsteen omgezet in rode mijnsteen, met iets betere mechanische eigenschappen. Mogelijkheden en beperkingen Bouwtechnisch: enkel geschikt voor eerder laagwaardige toepassingen, zoals ophogingen en (voor rode mijnsteen) onderfundering; enkele toepassingen in baksteenindustrie. Milieuhygiënisch:? Marktsituatie / aanbod Ontginning oude terrils onmogelijk door eisen in ruimtelijke structuurplannen. Geen praktische toepassingen.
Baggerslib Oorsprong Slib van het baggeren van (on)bevaarbare vaarwegen (rivieren, kanalen). Karakteristieken Specie met zeer hoog watergehalte, moet voor elke toepassing ontwaterd worden. Mogelijkheden en beperkingen Bouwtechnisch: de grovere fractie (zand) erin kan afgescheiden worden en toegepast worden zoals rivierzand; de slibfractie zou eventueel kunnen dienen als grondstof voor de productie van kunstgranulaten via een thermisch procédé, maar dit is zeer energieintensief. Milieuhygiënisch: vervuiling? Marktsituatie / aanbod Enorme hoeveelheden (zeker in kubieke meter specie gementen): o jaarlijkse aangroei door erosie van het land wordt geschat op ongeveer 1,35 o miljoen ton droge stof Historische achterstand in baggeren van bevaarbare en onbevaarbare waterlopen wordt geschat op ca. 23 miljoen ton droge stof. Is hierdoor een echte probleemafvalstof. Geen praktische toepassingen.
Materiaal Baggerslib Mijnsteen Totaal aanbod Huidig hergebruik totaal Substitutiepotentieel zand-fractie grind-fractie Maas grindsubstituut 580.000 (1,3 miljoen ton d.s. jaarlijkse aangroei) 180.000 400.000 400.000 204.000 81.000 (90 M ton reserve) 0 - - - -
Ref. Totaal aanbod Huidig hergebruik Substitutiepotentieel Maasgrind-substituut Zand Grind Bouw- & sloopafval 1 Betonpuin 2002 2.520.000 2.263.000 51.000 204.000 81.000 Metselwerkpuin 2002 1.910.000 1.716.000 39.000 154.000 62.000 Asfaltpuin 2002 730.000 657.000 15.000 59.000 24.000 Non-ferroslakken 2004 328.000 316.000 10.000 2.400 2400 Staalslakken LD 2004 400.000 100.000 60.000 240.000 - RVS 2004 300.000 300.000 - - - Hoogoven 2004 1.200.000 1.200.000 - - - Eindslak 2004 50.000 50.000 - - - Koepeloven 2004 3.000 3.000 - - - Gieterijzand 2004 35.000 27.000 8.000 - - Gietpotpuin 2004 2.400 2.400 - - - Huisvuilverbranding Bodemassen 1 2003 224.000 86.000 98.000 126.000 23.000 Vliegassen 2003 29.000 0 29.000 - - Elektriciteitscentrales Bodemassen 2002 86.000 69.000 3.400 13.600 - Vliegassen 2002 480.000 462.000 18.000 0 - Mijnsteen 2004 500.000 2 - - - - Baggerslib 2001 580.000 3 180.000 400.000 - - Glas 2002 208.000 123.000 85.000 - - Straalgrit 2002 9.000 3.000 6.000 - - Afval van natuurlijke delfstoffen 2002 196.000 102.000 nb nb nb Andere minerale afvalstoffen 2002 373.000 264.000 nb nb nb Totaal 10.163.400 7.923.400 822.400 799.000 192.400
Besluit Er is een gevarieerd aanbod van steenachtige secundaire grondstoffen. De karakteristieken van de meeste van deze materialen zijn min of meer gekend, zowel op bouwtechnisch als milieuhygiënisch vlak. De beste van deze materialen worden reeds nuttig toegepast als granulaat in de (wegen)bouw. Het resterend potentieel als grindsubstituut is, met de huidige stand van de technologie, beperkt. Verdere toepassingen vergen verder onderzoek of zijn niet kostendekkend (bijvb. baggerslib ontzanden en slib verwerken tot kunstgranulaten). Een verdere selectiviteit inzake het juiste granulaat op de juiste plaats kan nog iets bijdragen als substitutie, maar de echte vervanging van het grind zal waarschijnlijk moeten gebeuren door import van natuursteenslag.