auteur Gert van der Wegen, SGS INTRON, Michel Westhovens, Façade Beton, Mark van Kempen en Henk Soen, Inashco Nader onderzoek uitgevoerd naar invloed metallisch aluminium in aardvoch\ tig beton In Nederland komt jaarlijks 1,5 miljoen ton bodemas vrij bij de verbranding van huishoudelijk afval. Door zorgvuldige bewer- king kan uit deze bodemas AEC-granulaat worden gewonnen dat een geschikt toeslagmateriaal is voor beton. Momenteel wordt per jaar circa 250.000 ton hiervan afgezet in de beton- warenindustrie. Recent nader onderzoek geeft beter inzicht in de gevolgen. H uishoudelijk en daaraan gelijk­ gesteld industrieel afval wordt verbrand om energie terug te winnen en de hoeveelheid afval te verminderen. Dit gebeurt in zogenoemde AfvalEner­ gieCentrales (AEC). In Nederland wordt van de jaarlijkse vrijkomende 16 mil­ joen ton aan huishoudelijk/industrieel afval ongeveer 6 miljoen ton verbrand. Dit levert zo'n 1,5 miljoen ton bodemas op. Als dit wordt bewerkt door onder meer zeven en het verwijderen van metalen, blijft er AEC ­ bodemas over. AEC ­ bodemas krijgt in Nederland al meer dan twintig jaar een bestemming in de grond ­ , weg ­ en waterbouw als toepassing in wegfunderings ­ of ophoogmateriaal. Meer dan 20 miljoen ton bodemas is er inmiddels al op die manier in Nederland toegepast. Het betreft dan een IBC ­ bouwstof. IBC ­ bouwstoffen zijn bouwstoffen die volgens het Besluit bodemkwaliteit alleen mogen worden toegepast met isolatie ­ , beheers ­ en controle ­ (IBC) maatregelen, omdat het toepassen zonder deze maatregelen zou leiden tot teveel emissies naar het milieu. AEC-granulaat in beton Er is overheidsbeleid geformuleerd dat streeft naar hoogwaardigere toepassin­ gen. Een van de doelstellingen in de 'Green Deal Verduurzaming nuttige toepassing AEC ­ bodemas' van 7 maart 2012 is om uiterlijk 1 januari 2017 minimaal 50% van de AEC ­ bodemas nuttig toe te passen buiten de huidige IBC ­ toepassingen. Per 1 januari 2020 zou dit 100% moeten zijn. Om invulling te geven aan dit beleid wordt gezocht naar hoogwaardigere alternatieven. Nu is het zo dat AEC ­ bodemas een deel fijne stof maar ook materiaal met de grootte van zand en grind bevat. Door een aanvullende bewerking kan AEC ­ bodemas geschikt worden gemaakt voor toepassing als toeslagmateriaal voor beton. Dit toeslag­ materiaal wordt AEC ­ granulaat genoemd. Onderzoek en regelgeving Om toepassing in beton in goede banen te leiden, is er in de periode 2007 ­ 2012 in CUR ­ verband onderzoek uitgevoerd binnen CUR ­ voorschriften­ commissie VC89 'Bewerkte AVI ­ bodemas als toeslagmateriaal voor beton'. De uitkomsten van dit onder­ zoek zijn vastgelegd in CUR ­ rapport 234 [1]. Mede op basis van hierbij verkregen resultaten en inzichten, is in 2012 CUR ­ Aanbeveling 116 'AEC ­ granulaat als toeslagmateriaal voor beton' [2] opgesteld. Deze CUR ­ Aanbeveling beschrijft de procedures, eisen en beproevingsmethoden om de geschikt­ heid van AEC ­ granulaat als toeslagmateriaal in beton aan te tonen. Een CUR ­ Aan­ beveling kan worden gezien als een voornorm om op verantwoorde wijze praktijkervaring te kunnen opdoen. Nader onderzoek naar toelaatbaar gehalte metallisch aluminium Een van de aspecten die zijn geregeld in CUR ­ Aanbeveling 116 betreft het maxi­ mumgehalte aan metallisch aluminium en zink in AEC ­ granulaat. Dit betreft voornamelijk aluminium, afkomstig van blikjes of folie. Het metallisch aluminium en zink mag niet te hoog zijn in verband met de vor­ Dag van de Betontechnologie Op de Dag van de Betontechnologie heeft Gert van der Wegen een lezing gehouden over AEC ­ granulaat. Dit artikel is een afspiegeling van die lezing. AEC-granulaat in de praktijk 32 VAKBLAD I 1 2017 Nader onderzoek uitgevoerd naar invloed metallisch aluminium in aardvoch\ tig beton ming van fijne waterstofgasbelletjes in de betonspecie (vergelijkbaar met een luchtbelvormer). Hierdoor kunnen de eigenschappen van het beton in ongewenste mate veranderen. Tevens bestaat bij te hoge gehalten aan metal­ lisch aluminium het risico op expansieve reacties in het verharde beton. Om die reden is in de CUR­Aanbeveling het gehalte metallisch aluminium en zink in AEC­granulaat gelimiteerd tot ? 1,0% ( m/m). Deze eis is gebaseerd op een beperkt aantal proeven aan plastisch beton, terwijl de huidige toepassingen voornamelijk aardvochtig beton betref­ fen. Daarom is door SGS INTRON in opdracht van Inashco en in samen­ werking met Façade Beton recentelijk een onderzoek uitgevoerd naar het toe­ laatbaar gehalte metallisch aluminium in aardvochtig beton [3]. Opzet onderzoek Door Inashco wordt in Maastricht AEC­ bodemas opgewerkt tot AEC­granulaat dat door Façade Beton onder andere in betonstraatstenen wordt toegepast. Dit AEC­granulaat is door SGS INTRON geanalyseerd op het gehalte aan metallisch aluminium in de verschillende korrelfracties. Met behulp van het door Inashco uit de AEC­bodemas afgeschei­ den metallisch aluminium, is het totale gehalte aan metallisch aluminium in beton met AEC­granulaat op drie niveaus ingesteld: respectievelijk 7,7, 10,0 en 14,6 kg/m 3. Er zijn drie beton­ mengsels onderzocht met elk een ander gehalte aan metallisch aluminium (AEC­beton 1, 2 en 3). Deze mengsels zijn vergeleken met een referentiebeton zonder AEC­granulaat (en dus zonder metallisch aluminium). Van de in totaal vier mengsels zijn door Façade Beton op een reguliere manier betonstraat­ stenen vervaardigd (foto 1). De vier series betonstraatstenen zijn onderzocht op volumieke massa, splijttreksterkte en vorst­dooizoutbestandheid conform NEN­EN 1338. Het risico op expansieve reacties van het metallisch aluminium in het verharde beton (pop-outs) is nagegaan door aluminiumdeeltjes met afmetin­ gen oplopend van 4 tot 11 mm op een diepte van 5 mm onder het bovenoppervlak van de betonstraat­ steen in te bedden. Na 28 dagen verharden bij 20 °C en > 95% RV zijn deze proefstukken onderworpen aan twintig nat­droogcycli (4 uur onder water + 20 uur drogen bij 20 °C en 50% RV) en vervolgens buiten onbe­ schut geëxposeerd. Resultaten volumieke massa en splijttreksterkte De gemiddelde volumieke massa en splijttreksterkte van de onderzochte betonmengsels zijn getoond in tabel 1. Het verband tussen de gemiddelde splijttreksterkte en het gehalte aan Tabel 1 Volumieke massa en splijttreksterkte mengsel metallisch volumieke splijttreksterkte Al in betonmassa gemiddeld st. dev.karakteris- tiek [kg/m 3] [kg/m³] [MPa] [MPa] [MPa] referentie 0 2204 5,72 0,45 5,18 AEC­beton 1 7,72166 5,54 0,54 4,89 AEC­beton 2 102181 5,58 0,24 5,29 AEC­beton 3 14,6 2154 4,78 0,44 4,25 1 Productie onderzochte betonstraatstenen door Façade Beton 33 VAKBLAD I 1 2017 metallisch aluminium is grafisch weergegeven in figuur 2. De 3% lagere splijttreksterkte van AEC ­beton 1 en 2 ten opzichte van het referentiebeton valt binnen de waarge­ nomen spreiding voor deze eigenschap en is dus niet relevant. Deze iets lagere waarde kan mogelijk worden toege­ schreven aan de enigszins poreuzere (en dus zwakkere) AEC ­ granulaatkorrel, hetgeen in lijn ligt met de iets lagere volumieke massa. Blijkbaar is de toename in porositeit als gevolg van de waterstofgasontwikkeling bij een gehalte aan metallisch aluminium in het beton van 7,7 en 10,0 kg/m 3 dusdanig gering, dat geen relevante afname in splijttreksterkte optreedt. Bij een gehalte aan metallisch alumi­ nium van 14,6 kg/m 3 (AEC ­beton 3) neemt de splijttreksterkte met 16% af ten opzichte van het referentiebeton. Dit kan niet volledig worden toege­ schreven aan een verhoogd 'luchtgehalte' door de waterstofgas­ ontwikkeling. Immers, de volumieke massa van AEC ­ beton 3 is niet veel lager dan die van AEC ­ beton 1 en 2. De karakteristieke splijttreksterkte van alle drie AEC ­ betonmengsels voldoet aan de eis gesteld in NEN ­ EN 1338 (minimaal 3,6 MPa). Resultaten vorst-dooizoutbestandheid De weerstand tegen vorst ­ dooizout­ belasting (scaling) van AEC ­ beton 2 en 3 en van het referentiebeton zijn weer­ gegeven in tabel 2. Uit deze tabel blijkt dat de vorst ­ dooizoutbestandheid van beide mengsels AEC ­ beton beter is dan die van het referentiebeton. Dit is toe te schrijven aan de door het metallisch aluminium ontwikkelde fijne waterstof­ gasbelletjes. Een hoger gehalte aan metallisch aluminium (AEC ­ beton 3) resulteert in meer gasontwikkeling en daardoor in een betere vorst ­ dooizout­ bestandheid (minder scaling). Vanwege inhomogeniteiten van metallische aluminiumdeeltjes nabij het beton­ oppervlak, vertoont AEC ­ beton een grotere spreiding in materiaalverlies (scaling) dan het referentiebeton. Resultaten expansieve reacties De betonstraatstenen waarin op een diepte van 5 mm onder het bovenop­ pervlak metallische aluminiumdeeltjes zijn ingebed, zijn na 28 dagen verharden onderworpen aan twintig nat ­ droogcycli en vervolgens buiten onbeschut geëxposeerd. Zowel na 28 dagen ver­ harden, na twintig nat ­ droogcycli als na 9 maanden buitenexpositie zijn geen scheurtjes, pop-outs of andere defecten waargenomen. Conclusies onderzoek Betonstraatstenen vervaardigd met aard­ vochtig AEC ­ granulaathoudend beton vertonen een betere vorst ­ dooizout­ bestandheid dan betonstraatstenen vervaardigd met vergelijkbaar referentie­ beton zonder AEC ­ granulaat. Dit is het gevolg van de gevormde waterstofgas­ belletjes door het metallisch aluminium in het AEC ­ granulaat. Hoe hoger het gehalte aan metallisch aluminium des te Tabel 2 Vorst-dooizoutbestandheid eigenschap referen- tieAEC- beton 2AEC- beton 3 aluminiumgehalte beton [kg/m 3] 010 14,6 vorst ­ dooizoutbestandheid: materiaalverlies steen 1 [kg/m²] 1,44 1,64 0,43 materiaalverlies steen 2 [kg/m²] 1,57 0,9 1,55 materiaalverlies steen 3 [kg/m²] 1,76 0,96 0,04 materiaalverlies gemiddeld [kg/m²] 1,59 1,16 0,67 3 Verband splijtt rek - sterkte en gehalte metallisch Al 2 Doorsnede beton - straatsteen m et AEC-granulaat 34 VAKBLAD I 1 2017 0 5,8 5,6 5,4 5,2 5 4,8 4,6 510 1520 splijttreksterkte [MPa] metallisch Al [kg/m 3] beter de vorst ­dooizoutbestandheid. T ot een gehalte van 10 kg/m 3 metallisch aluminium in aardvochtig beton is geen negatief effect op de splijttreksterkte en de volumieke massa ('luchtgehalte') waargenomen. Bij een gehalte van 14,6 kg/m 3 is een afname van 16% in splijttreksterkte geconstateerd, dat slechts gedeeltelijk kan worden ver­ klaard door een hoger 'luchtgehalte'. Het risico op pop-outs als gevolg van deeltjes metallisch aluminium (tot een grootte van 12 mm) nabij het beton­ oppervlak is gering. In betonwaren vervaardigd met aard­ vochtig AEC ­ granulaathoudend beton kan dus een gehalte aan metallisch alu­ minium van ten minste 10 kg/m 3 worden toegestaan zonder nadelige invloed op de relevante eigenschappen. CUR ­ Aanbeveling 116 staat een gehalte aan metallisch aluminium toe van maximaal 1% (m/m) op AEC ­ granulaat en een maximumvervangingspercentage van 50% (v/v) van het zand en grind in onge­ wapend beton. Voor betonstraatstenen betekent dit een maximale dosering aan AEC ­ granulaat van 800 kg/m 3 en bijgevolg een maximumgehalte aan metallisch aluminium van 8 kg/m 3. Dit is nog ruim onder het in dit onderzoek aangetoonde toelaatbare gehalte aan metallisch aluminium in aardvochtig beton. Praktijkervaringen Bij de productie van betonwaren met aardvochtige mengsels zijn positieve ervaringen opgedaan bij gedeeltelijke vervanging van zand en grind door AEC ­ granulaat. Door de afwijkende korrel­ eigenschappen van het AEC ­ granulaat (hoekiger en poreuzer) moet de samen­ stelling van het betonmengsel enigszins worden aangepast. Dit resulteert in een aardvochtige specie die op eenzelfde wijze homogeen is te mengen en te verwerken. Op bepaalde aspecten levert het AEC ­ granulaat zelfs een verbetering op: de groene sterkte en de interne nabehandeling (veroorzaakt door het absorptiewater). Het verharde product met AEC ­ granulaat is ten minste van dezelfde kwaliteit als die zonder AEC ­ granulaat. AEC ­ granulaat wordt door veel betonwarenproducenten ingezet als gedeeltelijke vervanger van zand en grind in hun aardvochtige mengsels. Zij hebben inmiddels al meer dan drie jaar ervaring hiermee. De afzet in de markt verloopt ook succesvol. De enige 'klacht' die is ontvangen, betreft het risico op snijwondjes door mogelijk uit­ stekende glasdeeltjes in het breukvlak na het knippen van straatstenen. Het dragen van werkhandschoenen is de simpele oplossing hiervoor. Conclusie AEC ­granulaat is een geschikt toeslag­ materiaal voor betonwaren ver vaardigd met aardvochtig beton. Een gehalte aan metallisch aluminium in het beton van ten minste 10 kg/m 3 is toelaatbaar. Bij dit gehalte zijn in het onderzoek geen nadelige effecten op de relevante betoneigenschappen waargenomen. Er zijn ook geen defecten zoals scheuren en pop-outs als gevolg van deeltjes metallisch aluminium dicht onder het betonoppervlak geconstateerd. De ervaringen met aardvochtig AEC ­ granulaatbeton zijn positief, zowel bij de productie van betreffende beton­ waren als in hun toepassingen. Literatuur 1 CUR ­ rapport 234, 'AEC ­ granulaat als toeslagmateriaal voor beton', SBRCURnet, oktober 2012. 2 CUR ­ Aanbeveling 116:2012, 'AEC ­ granulaat als toeslagmateriaal voor beton', SBRCURnet. 3 'T oelaatbaar metallisch Al ­ gehalte in aardvochtig beton', SGS INTRON rapport A884760/ ­ R20160324b, november 2016. 5 Fijn AEC-granulaat 0-4 mm Herziening CUR-Aanbeveling CUR ­Aanbeveling 116 zal op korte termijn worden herzien, op b asis van de meest recente inzichten, waarbij ook aan ­ dacht aan circulairheid wordt geschonken. De verwachting is dat deze Aanbeveling nog in 2017 het licht ziet. Meer lezen ? Betoniek Standaard 16/1 AEC ­ granulaat ? Cement 2013/2 ? AEC ­ granulaat als toeslagmateriaal voor beton ? Cement 2016/6 ? Gevolgen van aluminium in AEC ­ granulaat 4 Grof AEC-granulaat 4-12 mm 35 VAKBLAD I 1 2017