1 Nieuwe CUR-Aanbeveling 116 CUR-Aanbeveling 116 CUR-Aanbeveling 116: 12 AEC-granulaat als toeslagmateriaal voor beton is te raadplegen of te bestellen (digitaal en op papier) op www.cur-aanbevelingen.nl of www.cementonline.nl. Voor abonnees op de CUR-Aanbevelingen of Cementonline is dat gratis. AEC-granulaat als toeslagmateriaal voor beton In Nederland komt jaarlijks 1,5 miljoen ton bodemas vrij bij de verbranding van huishoudelijk afval. Door zorgvuldige bewerking is deze bodemas geschikt te maken voor toepassing als toeslagmateriaal in beton (AEC-bodemas). Op basis van uitgebreid betononderzoek is technische regelgeving (CUR-Aanbeveling 116) en kwaliteitsborging (BRL 257) ontwikkeld, waarmee een verantwoorde toepassing is gewaarborgd. 84 2 13
Eigenschappen AEC-granulaat Een overzicht van de meest relevante eigenschappen van AECgranulaat is weergegeven in tabel 1. Omdat van de AEC-granulaten vervaardigd met het droge proces vele monsters zijn onderzocht, is hiervoor per eigenschap een bandbreedte opgedr.ir. Gert van der Wegen SGS INTRON B.V. 1 AEC-granulaat 2 Invloed van de vervanging van grind (a) en/ of zand (b) door AEC-granulaat op de relatieve druksterkte Achtergrond Huishoudelijk en daaraan gelijkgesteld industrieel afval wordt verbrand om energie terug te winnen en het volume aan afval te verminderen. Van de jaarlijkse 16 miljoen ton aan huishoudelijk afval wordt ongeveer 6 miljoen ton verbrand in zogenoemde AfvalVerbrandingsInstallaties (AVI). Dit levert zo n 1,5 miljoen ton bodemas op. Deze AVI-bodemas kan door eenvoudige bewerkingen (afscheiden metalen, zeven, handsorteren e.d.) geschikt worden gemaakt voor toepassing als wegfunderings- of ophoogmateriaal. Dit betreft voornamelijk ongebonden toepassingen, wat de overheid vanwege milieuoverwegingen ontmoedigt. Daarom wordt er gezocht naar, bij voorkeur hoogwaardigere, alternatieven. AEC-granulaat Recentelijk is de naamgeving van de afvalverbrandingsinstallaties veranderd in Afval- en EnergieCentrales (AEC). De onbewerkte bodemas die bij het verbrandingsproces vrijkomt, wordt nog steeds AVI-bodemas genoemd. Na een eerste bewerking tot funderings- of ophoogmateriaal, wordt de term AECbodemas gebruikt. Door aanvullende bewerkingen kan de kwaliteit van de AECbodemas worden verbeterd en daarmee mogelijk geschikt worden gemaakt voor toepassing als toeslagmateriaal in beton. Het materiaal wordt dan AEC-granulaat genoemd. De aanvullende bewerking betreft een nat proces vergelijkbaar met het wassen van verontreinigde grond of een droog proces gebaseerd op de door TU Delft en Inashco ontwikkelde ADR-technologie. Tabel 1 Een overzicht van de meest relevante eigenschappen van AEC-granulaat eigenschap eenheid droog proces nat proces -2 2-12 -2 2-12 12-4 volumieke massa kg/m 3 9-223 7-221 223 229 226 water abs. (24 h) %m/m 7,1-11 5,9-1 5,7 4,8 5,4 gloeiverlies %m/m 3,7-5,6 1,8-3,4 1,9,82,52 chloride (Cl) %m/m,26-,53,1-,28,5,3,3 sulfaat (SO 3 ) %m/m 1,6-2,4,76-1,4 1,4,53,34 alkaliën (Na 2 O-eq) %m/m,44-,77,23-,44,1 niveau metallisch Al + Zn %m/m,32-,64 1,-1,4,7 niveau zeer fijn (<63 µm) %m/m 5-1 3,2 1,,3 relatieve druksterkte (%) relatieve druksterkte (%) 1 9 8 7 6 5 4 3 1 1 9 8 7 6 5 4 3 1 4 vervangingspercentage (% V/V) 4 vervangingspercentage (% V/V) 6 6 Betononderzoek In opdracht van CUR-coissie VC89 heeft SGS INTRON onderzoek uitgevoerd naar de geschiktheid van AEC-granulaat als toeslagmateriaal voor beton. Zowel AEC-granulaten vervaardigd met het natte bewerkingsproces als die met het droge ADR-proces zijn onderzocht. Naast karakterisering van de AEC-granulaten als zodanig, is de invloed ervan op de betontechnologische, constructieve en duurzaamheidsaspecten nagegaan bij gedeeltelijke vervanging van zand en/of grind. Tevens is de kwaliteit van het granulaat dat ontstaat door hergebruik van beton met AEC-granulaat erin (tweede levenscyclus) vastgesteld. De verkregen resultaten zijn weergegeven in CUR-rapport 234 en worden hieronder op hoofdlijnen beschreven. 8 8 1 1 2a 2b 2 13 85
3 De sterkteontwikkeling van betonmengsels met AEC-granulaat 4 De krimp na 1 jaar van betonmengsels met AEC-granulaat druksterkte [MPa] 3 6 5 4 3 1,6,5,4 referentie % grind % zand + grind 1 3 4 5 6 7 8 9 1 tijd [dagen] referentie % grind % zand + grind Invloed vervangingspercentage op druksterkte De invloed van het vervangingspercentage zand en/of grind door AEC-granulaat van dezelfde korrelopbouw op de relatieve druksterkte (ten opzichte van referentiebeton van dezelfde samenstelling met enkel zand en grind) is weergegeven in figuur 2. Betontechnologische eigenschappen Op basis van deze resultaten heeft CUR-coissie VC89 besloten om het uitgebreide betononderzoek uit te voeren bij mengsels waarin %V/V grind en %V/V zand + %V/V grind is vervangen door overeenkomstige fracties AEC-granulaat. De samenstelling van de onderzochte betonmengsels is te zien in tabel 2. Bij %V/V vervanging van zand en/of grind door AECgranulaat is geen relevante invloed zichtbaar op verwerkbaarheid ofwel afname ervan in de tijd, luchtgehalte en waterafscheiding. Gasvorming als gevolg van metallisch aluminium was minder dan 1%V/V. krimp [ ] 4,3,2,1, 1 3 4 5 tijd [weken] geven. Opgemerkt wordt dat het droge bewerkingsproces ten tijde van het onderzoek nog niet volledig was uitontwikkeld, waardoor de onderkant van de bandbreedte waarschijnlijk momenteel niet meer zozeer van toepassing zal zijn. Inherent aan de aard van het bewerkingsproces, liggen bij wassen de gehalten aan ongewenste bestanddelen op een lager niveau dan bij het droge bewerkingsproces. Constructieve eigenschappen De sterkteontwikkeling van de onderzochte betonmengsels is weergegeven in figuur 3. Hieruit blijkt dat %V/V vervanging van grind door AEC-granulaat 4-32, resulteert in een verlaging van de druksterkte van circa 1%. %V/V zand- + %V/V grindvervanging door overeenkomstige fracties AECgranulaat, levert circa % vermindering in druksterkte op. Uit de verkregen onderzoeksresultaten blijkt verder, dat de verhoudingen splijttreksterkte/druksterkte en elasticiteitsmodulus/ druksterkte van de drie onderzochte betonsamenstellingen gelijk zijn. Dit betekent dat bij eenzelfde druksterkte het beton met AEC-granulaat eenzelfde splijttreksterkte en elasticiteitsmodulus heeft als het referentiebeton. Door het effect van de zwakkere AEC-granulaatkorrel te compenseren met een lagere effectieve water-cementfactor, kunnen genoemde eigenschappen gelijkwaardig worden. Tabel 2 De samenstelling van de onderzochte betonmengsels Samenstelling (kg/m 3 ) Referentie (geen vervanging) %V/V grindvervanging %V/V zand- + grindvervanging cement CEM l 42,5N 324 324 322 water l 173 18 185 zand -4 631 632 5 grind 4-8 376 32 3 grind 8-16 377 32 3 grind 16-32 59 48 44 AEC-granulaat -4 19 AEC-granulaat 4-16 133 132 AEC-granulaat 16-32 89 88 vol. massa (kg/m3) 239 237 234 effectieve wcf,5,5,5 De krimp na 1 jaar van de betonmengsels met AEC-granulaat is hoger dan die van het referentiebeton (fig. 4): 8% hoger bij %V/V grindvervanging en 39% hoger bij %V/V zand- + %V/V grindvervanging. De kruip na 1 jaar is respectievelijk 3% en 71% hoger dan voor het referentiebeton. We zien dus dat bij gedeeltelijke zand- en grindvervanging de krimp en vooral de kruip fors toeneemt. Dit is een bekend gedrag bij poreuze toeslagmaterialen. Hiermee moet zorgvuldig rekening worden gehouden bij toepassingen waarin deze eigenschappen maatgevend zijn. 86 2 13
5 AEC-granulaat 5 Duurzaamheid De resultaten van het duurzaamheidsonderzoek zijn samengevat in tabel 3. Hieruit blijkt dat de carbonatatiesnelheid van de betonmengsels met AEC-granulaat geringer is dan die van het referentiebeton, zowel met portland- als hoogovencement als bindmiddel. De beide betonmengsels met AEC-granulaat vertonen ook een hogere weerstand tegen vorstdooi- en vorstdooizoutbelasting. Met name het mengsel waarbij zowel zand als grind (gedeeltelijk) is vervangen, presteert uitstekend. Dit is waarschijnlijk te danken aan de fijne gasbelletjes gevormd door Tabel 3 De resultaten van het duurzaamheidsonderzoek eigenschap eenheid referentie %V/V grindvervanging carbonatatiediepte na: CEM I 28 dagen 91 dagen 182 dagen 365 dagen CEM III 28 dagen 91 dagen 182 dagen 365 dagen %V/V zand- + grindvervanging chloridediffusiecoëfficiënt 1-12 m 2 /s 13,6 18, 18,9 vorstdooizoutbestandheid (CDF) 14 cycli 28 cycli vorstdooibestandheid (CIF) 14 cycli 28 cycli 1, 2,9 3,3 3,5 2,2 4,1 5, 5,4 kg/m 2 3,6 kg/m 2 7,8 kg/m 2 3,4 kg/m 2 7,4 CPT na 52 weken %,28,35,35 1, 2, 2,4 2,6 2,1 4,1 4,7 5,2 3, 5,5 2,8 4,5 1, 2, 2,3 2,6 2, 3, 3,5 3,9,2,4,2,3 het metallisch aluminium in de speciefase. De weerstand tegen chloride-indringing is voor de betonmengsels met AEC-granulaat echter beduidend minder (ca. 35% hogere diffusiecoëfficiënt ten opzichte van het referentiebeton). Door de keuze van de juiste cementsoort hoeft dit echter geen probleem te zijn. Door de aanwezigheid van glasdeeltjes en metallisch aluminium in het AEC-granulaat bestaat een potentieel gevaar voor destructieve expansie. Dit is onderzocht bij zowel %V/V als 1%V/V vervanging van (zand en) grind door overeenkomstige fracties AEC-granulaat. Er is geen overmatige expansie waargenomen. Hergebruik AEC-granulaatbeton Kuben van genoemde drie betonmengsels zijn na 9 maanden verharden in water van C afzonderlijk gebroken in een kaakbreker. Vervolgens is door zeven de fractie 4-32 afgescheiden. Met deze gebroken fracties 4-32 zijn opnieuw betonmengsels vervaardigd waarbij het grind volledig is vervangen. De ontwikkeling van de druksterkte en de splijttreksterkte van deze drie betonmengsels met gerecyclede betongranulaten waren nagenoeg hetzelfde (fig. 6). De kwaliteit van betongranulaat vervaardigd uit beton met %V/V AECgranulaat is dus vergelijkbaar met die van traditioneel betongranulaat. 2 13 87
6 De ontwikkeling van de druksterkte van betonmengsels met gerecyclede betongranulaten referentie % grind % zand + grind druksterkte [MPa] 6 35 3 25 15 1 5 5 1 15 25 3 tijd [dagen] CUR-Aanbeveling 116 Op basis van de verkregen specifieke kennis en inzichten uit het betononderzoek is CUR-Aanbeveling 116 opgesteld. In deze CUR-Aanbeveling is aangegeven dat in beton met wapening en/of een constructieve toepassing, maximaal %V/V van het grind of van het zand en grind mag worden vervangen door overeenkomstige fracties AEC-granulaat. In beton zonder wapening en zonder constructieve toepassing mag dit vervangingspercentage maximaal 5%V/V zijn. AEC-granulaat mag vooralsnog niet worden toegepast in voorgespannen beton vanwege mogelijk risico op spanningscorrosie van het voorspanstaal. In de CUR-Aanbeveling is eveneens aangegeven hoe om te gaan met de specifieke materiaaleigenschappen en rekenregels voor beton met AEC-granulaten in geval van constructieve toepassingen. Kwaliteitsborging Op basis van CUR-Aanbeveling 116 is de beoordelingsrichtlijn BRL 257 opgesteld, waarin de wijze van kwaliteitsborging is geregeld. Op basis van deze BRL kan een daartoe erkende certificatie-instelling een KOMO-kwaliteitsverklaring afgeven. AEC-granulaat mag enkel in beton tot en met sterkteklasse C3/37 worden gebruikt. Milieuklassen XA2 en XA3 zijn niet toegestaan. In milieuklassen XD en XS moet een cement met een hoge weerstand tegen chloride-indringing worden gebruikt (CEM lll/b of CEM ll/b-v). Vanwege de aanwezigheid van glasdeeltjes is AEC-granulaat potentieel alkali-reactief. Door het kiezen van de juiste cementsoort (CUR-Aanbeveling 89) is dit echter geen probleem. Daarnaast zijn eisen gesteld aan het gehalte aan alkaliën. Vanwege de herkomst of ontstaanswijze van het materiaal hebben enkele eigenschappen en spreiding daarin bijzondere aandacht gekregen. De korrelvolumieke massa, met name van de fijne fractie -2, is van grote invloed op de kwaliteit van het AEC-granulaat. Door een juiste instelling van het bewerkingsproces is het gewenste niveau goed haalbaar: > kg/m 3 voor ongewapend beton; in beton met wapening en/of constructieve toepassing >21 kg/m 3 (fractie <4 ) of > 2 kg/m 3 (fractie >4 ). Het gehalte aan metallisch aluminium moet kleiner zijn dan 1%m/m, omdat anders te veel gasvorming in de speciefase of expansie in het verharde beton kan optreden. In CUR-Aanbeveling 116 worden verder eisen gesteld voor wat betreft gehalte aan zeer fijne bestanddelen, chloride en sulfaat, gloeiverlies en invloed op bindtijd. Tot slot De CUR-Aanbeveling is gebaseerd op het uitgevoerde (uitgebreide) laboratoriumonderzoek. Het ontbreekt echter nog aan bredere praktijkervaringen. Deze zal echter snel worden ingevuld omdat enkele producenten de toepassing van AECgranulaten in hun betonproducten hebben opgestart. Dit zal zich in eerste instantie vooral richten op betonwaren. Terugkoppeling van de opgedane praktijkervaring is van groot belang om de verdere ontwikkeling van kennis, regelgeving en bijgevolg toepassing van AEC-granulaten in beton te bevorderen. Betoniek Over AEC-granulaat is recent Betoniek 16/1 AEC-granulaat verschenen. Deze is te raadplegen op www.betoniek.nl. 88 2 13