Februari 2022 09 17 BAND UITGAV E Betongranulaat in kwaliteitsbeton Hergebruik van beton in de vorm van granulaat BAND UITGAV E 2 FEBRUARI 2022 STANDA ARD 17 09 ? Foto voorpagina: van puin naar granulaat zorgt voor milieuwinst Betongranulaat in kwaliteitsbeton Met de ontwikkeling van nieuwe verwerkings­ methoden en technieken van betonpuin, kan ook de regelgeving voor het toepassen van ? de met deze nieuwe technieken gemaakte fijne en grove ? betongranulaat in beton worden uitgebreid. Voor CROW­CUR Aanbeveling 127 'Beton met beton­ granulaat als fijn en/of grof toeslagmateriaal' is onderzoek gedaan naar de bruikbaarheid van de producten uit deze nieuwe bewerkingstechnieken. Op basis van dit onderzoek zijn de randvoorwaarden voor het maximale vervangingspercentage verruimd ten opzichte van de voorgaande aanbevelingen. In deze Betoniek leggen we uit hoeveel granulaat er in beton mag worden gebruikt volgens bestaande en nieuwe regelgeving. Ook bekijken we hoeveel granulaat er beschikbaar is voor hergebruik nu en in de toekomst. Verder kijken we kort naar de technieken om puin te verwerken en of het gebruik van granulaat eigenlijk wel milieuwinst oplevert. MILIEUWINST Voor een circulaire economie is het belang - rijk dat beton aan het einde van de levens - duur volledig wordt hergebruikt. Vanuit het Betonakkoord is voor 2030 als doel gesteld dat 100% van het betonpuin moet worden hergebruikt in beton. Het granulaat wordt al wel voor vrijwel 100% hergebruikt, maar nu meestal niet in beton. De invloed op de MKI en het CO 2-profiel van nieuw beton is voor het gebruik van betongranulaat beperkt. Bij gebruik van granulaat is de milieuwinst (milieukosten) het gevolg van het toeschrijven van alle milieu belasting aan de voorgaande con - structie. In de levenscyclusanalyse is dat tot en met sloop en afvalverwerking, daarna begint het granulaat aan een nieuw leven. Wel levert het gebruik van granulaat natuur - lijk een besparing op op het gebruik van primaire materialen. Zie ook Betoniek 17 07 ? 'MKI gewogen ? Over het vergelijken van de milieu-impact van bouwmaterialen'. Deze milieuwinst kan verloren gaan wan - neer door het gebruik van betongranulaat de waterbehoefte stijgt en daarmee mogelijk ook het cementgehalte, of een extra hoe - veelheid plastificeerder nodig is voor het behoud van met verwerkbaarheid en het voldoen aan de vereiste water-cement - factor. De kwaliteit van het betongranulaat speelt hierin een grote rol. Verder moet de transportafstand beperkt blijven. Wanneer die groter wordt dan ongeveer 30 km met 3 FEBRUARI 2022 STANDA ARD 17 09 gaande van een aandeel van 60% betonpuin, zal er in 2030 ongeveer 15 miljoen ton betonpuin vrijkomen. Verwacht wordt dat van deze 15 miljoen ton betonpuin ongeveer 9 miljoen ton als betongranulaat in beton kan worden hergebruikt. Het is belangrijk dat er bij het slopen selec - tief wordt gewerkt. Met de huidige middelen zal het moeilijk zijn om in 2030 de volledige 15 miljoen ton betonpuin gescheiden te kun - nen winnen. Bijvoorbeeld polystyreen, PUR en gips zijn slecht te scheiden, waardoor het hiermee ver vuilde granulaat minder geschikt een vrachtauto, dan heeft beton met betongranulaat een grotere milieu-impact (MKI) dan beton met nieuw toeslagmateri - aal uit een Nederlandse natuurlijke bron. BESCHIKBA ARHEID In 2020 was er in totaal ongeveer 12 miljoen ton (Mton) betonpuin beschikbaar om te worden verwerkt voor hergebruik. Daar van is ongeveer 1 miljoen ton hergebruikt in beton, de overige 11 miljoen ton zijn toege - past als funderingslaag onder de asfalt- of betonverharding. Betonpuin als wegfundering wordt vaak als downcycling gezien. Maar het levert een stabiele ondergrond voor de aan te leggen weg en alternatieven, anders dan zand en cement, zijn nog onvoldoende beschikbaar. Bovendien komen deze alternatieven uit andere (nog) niet-circulaire systemen. Voor 2030 wordt verwacht dat er 25 miljoen ton puin vrijkomt bij sloop (tabel 1). Uit - Tabel 1 Beschikbare hoeveelheid betonpuin 2018-2030 MATERIA AL 2018 2020 2025 2030 Mton Mton Mton Mton Vrijkomend puin in NL (totaal) 19,0 20,0 22,0 25,0 Betonpuin 11,4 12,0 13,2 15,0 Granulaat hergebruikt in beton 1 1 n.b. 9 Mton = megaton = miljoen ton 1 Smart Liberator, een slimme betonbreker, waarmee niet alleen zand en grind, maar ook gereageerd en niet-gereageerd cement zijn vrij te maken 4 FEBRUARI 2022 STANDA ARD 17 09 is voor de toepassing in beton. Er zijn een aantal innovaties die er voor zorgen dat het granulaat schoner wordt (zie onder 'Breken en scheiden'). De verwachting voor de toekomst is dat de totale jaarlijkse behoefte aan nieuw beton ongeveer gelijk zal blijven. De behoefte aan toeslagmateriaal zal daarmee ook ongeveer gelijk blijven. In 2020 was ongeveer 26 mil - joen ton toeslagmateriaal nodig, tegen 2030 wordt verwacht dat dat ongeveer 28 miljoen ton zal zijn. Met de verwachting dat er in 2030 ongeveer 9 miljoen ton (32%) granu - laat beschikbaar is voor gebruik in beton, blijft er dus nog een behoefte aan 19 miljoen ton (68%) toeslagmateriaal uit natuurlijke bronnen. NORMEN Voor het gebruik van granulaat als ver van - ger voor grof en fijn toeslagmateriaal zijn in NEN-EN 206 en NEN 8005 (de Europese norm voor beton en de Nederlandse invul - ling) eisen opgenomen. Volgens NEN 8005 mag, afhankelijk van de volumieke massa van het betongranulaat, tot 30% van het grove toeslagmateriaal worden ver vangen. Dit geldt voor alle milieuklassen behalve voor milieuklasse X0, waar tot 50% van het grove toeslagmateriaal mag worden ver vangen. Als van deze ver vangingspercentages uit NEN-EN 206 en NEN 8005 wordt afgeweken, moet dat met de opdrachtgever worden overeengekomen en moet het bevoegd gezag er van worden overtuigd dat er nog steeds aan de basiseisen van het Bouw- besluit wordt voldaan. De nieuwe CROW- CUR Aanbeveling 127 kan daar bij helpen. BREKEN EN SCHEIDEN Bij het breken met de traditionele brekers wordt beton in grote en kleine korrels gebro - ken. Daarbij blijft ook de cementsteen in grote en kleinere korrels achter, grotendeels nog aan de oorspronkelijke toeslagkorrels gehecht. Eventueel kan het puin worden gewassen om verontreinigingen zoals fijne en lichte bestanddelen eruit te halen. Cementsteen in betongranulaat heeft een nadelige invloed op een aantal betoneigen - schappen en is daarmee de zwakste scha - kel. Voor het verwerken van betonpuin tot betongranulaat zijn een aantal nieuwe en innovatieve technieken ontwikkeld. Deze hebben tot doel om het beton beter in afzon - derlijke en bruikbare componenten van elkaar en in verschillende fracties te schei - den. Hiermee kan ook de cementsteen zo veel mogelijk worden verwijderd van de toeslagkorrels. Zo ontstaan hoogwaardige restproducten die, vanuit de kwaliteit gezien, makkelijker zijn her te gebruiken. Dit geldt vooral voor traditioneel verdicht beton waarbij, door de verdichtingsenergie, de overgang van de toeslagkorrel naar de cementsteen poreuzer is dan de rest van de cementsteen (hetzelfde fenomeen van poreuzer cementsteen treedt rond de wapening op als bij het verdichten de tril - naald tegen de wapening aan komt). Zelfverdichtend beton (ZVB) heeft, omdat er niet wordt getrild, ook met de overgang van cementsteen en toeslagmateriaal een meer homogene structuur. Bij het breken van beton in hogere sterkteklassen breekt om die reden het beton vaker door het toeslagmateriaal heen. Vooral bij de hogere sterktenklassen ZVB is de cementsteen daarom lastiger van het toeslagmateriaal te breken en te scheiden, ook met de nieuwe technieken. Van de nieuwe technieken bespreken we de Slimme breker (later Smart Liberator) en de C2CA-methode (Concrete to Cement & Aggregates). Met deze methoden verkregen granulaten zijn gebruikt voor de proeven voor de CROW-CUR Aanbeveling 127. 5 FEBRUARI 2022 STANDA ARD 17 09 Er zijn nog een aantal andere aantal breek- en verwerkingstechnieken in ontwikkeling, maar die laten we hier buiten beschouwing. Smart Liberator De werking van de Smart Liberator (foto 1) lijkt op de werking van een kaakbreker. Het grote verschil is de beweging van de kaken. Bij een klassieke kaakbreker beweegt maar een van de kaken alleen horizontaal. Hierbij wordt het betonpuin in kleinere korrels gebroken met daaraan nog cementsteen gehecht. Bij dit nieuwe type breker bewegen beide kaken. En ze bewegen behalve hori - zontaal, ook verticaal. Door deze dubbele beweging wordt het puin verder verkleind. Het beton wordt daarbij vooral op afschui - ving belast. De afschuifsterkte van het beton is lager dan de druksterkte, waardoor er minder energie nodig is voor het breken. Bovendien breekt het materiaal meer langs het toeslagmateriaal en minder door het toeslagmateriaal heen. Zoals eerder gezegd, de cementsteen en met name de relatief poreuzere grenslaag tussen toe - slagmateriaal en cementsteen is de zwakste schakel. Hierdoor blijft er minder cement - steen aan het toeslagmateriaal achter. Door de beweging van het materiaal in de breker wordt de cementsteen ook verder afgebroken. Daardoor kan de (gehydra - teerde) cementsteen ook van het zand worden gescheiden. Al bij het breken wordt de grove fractie (groter dan 4 mm) van de fijne fractie (kleiner dan 4 mm) gescheiden. Vóór het verder scheiden van de fijne fracties wordt deze eerst gedroogd. Deze fijne fractie wordt ver volgens gescheiden in een zeer fijn materiaal (kleiner dan 0,2 mm) en een zandachtige fractie (tussen 0,2 en 4 mm). OVERZICHT NORMEN VOOR TOESL AGMATERIA AL Voor het gebruik van toeslagmateriaal in beton zijn een aantal (norm-)documenten van belang. Een korte opsomming: ? NEN-EN 206:2014+A2:2021 en NEN 8005:2017. Beton ? Specificatie, eigenschappen, vervaardiging en conformiteit. I n deze norm zijn onder meer alle geldende druksterkteklassen, consistentieklassen en milieuklassen vastgelegd, maar ook de maximale vervangingspercentages secundair toe - slagmateriaal ten opzichte van primair materiaal. ? NEN-EN 12620:2002+A1:2008. Toeslagmateriaal voor beton. Deze Europese norm specificeert de eigenschappen van toeslagmaterialen en vulstoffen ? verkregen door het bewerken van natuurlijke, kunstmatig gevormde of gerecyclede materialen en mengsels van deze toeslagmaterialen ? voor gebruik in beton. ? CROW-CUR Aanbeveling 127:2021: Beton met betongranulaat als fijn en grof toeslagmateriaal. Deze aanbeveling geeft randvoorwaarden voor het toepassen van fijne en/of grove fractie betongranulaat in beton, waarbij de constructieve rekenregels conform NEN-EN 1992-1-1 ongewijzigd kunnen worden gehanteerd. ? CUR-Aanbeveling 106:2014. Beton met fijne fracties uit recyclinggranulaten als fijn toeslagmateriaal. ? CUR-Aanbeveling 112:2014. Beton met betongranulaat als grof toeslagmateriaal. ? BRL 1801:2016. Betonmortel. ? BRL 2506:2020. Beoordelingsrichtlijn voor recyclinggranulaten (2 delen). 6 FEBRUARI 2022 STANDA ARD 17 09 Concrete to Cement & Aggregates (C2CA)-methode De C2CA-methode is een geavanceerde scheidingstechniek, die gebroken betonpuin verwerkt afkomstig van een conventionele breker. Het materiaal wordt met behulp van de Advanced Dr y Recover y (ADR) in de gewenste fracties gescheiden (fig. 2). Deze methode maakt gebruik van de kine tische energie die de korrels van een 'centrifuge-apparaat' meekrijgen. Het fijne materiaal heeft relatief meer luchtweer - stand en zal minder ver worden weggeslin - gerd dan het grovere materiaal. Voor de scheiding van het grovere materiaal wordt hetzelfde principe nog een keer gebruikt door het materiaal met behulp van een transportband met hoge snelheid te lossen, waarbij de grove delen verder weg worden geslingerd dan de fijnere delen. De grove fractie is na deze bewerking gelijk gereed voor gebruik. De fijnere fractie (< 2 mm) wordt nog verder verwerkt. Deze fijne fractie wordt in de Heating air and classification system (HAS, fig. 4) verder verwerkt tot een zandfractie (0,25 ? 4 mm) en zeer fijn materiaal (< 0,25 mm). Het scheiden volgens de HAS-methode gebeurt met behulp van hete en koude lucht. Het natte materiaal (fig. 3a) wordt in een groot vat gestort. Hoog in het vat zit een inlaat voor hete (droge) lucht. Het materiaal wordt door deze lucht gedroogd en verwarmd. Door het eigen gewicht valt het materiaal naar beneden en komt ver volgens in een koude luchtstroom, die lager in het vat wordt ingeblazen. Door de temperatuur - < 2 mm materiaal < 2 mm materiaal < 2 mm materiaal > 2 mm materiaal Luchtmes > 2 mm materiaal Fijnafvoertransportband Invoer Transportband met hoge snelheid 2 ADR-methode voor het scheiden van de fracties Tabel 2 FR ACTIE NEN­EN 206:2014+A22:2021+ NEN8005:2017 CUR 106:2014 CUR 112:2014 CUR 127:2021 BRL 1801:2016 milieuklassen X0 overige 0/4 50 vol%20 vol% 2 max. 60 vol% max. 20 vol% van fijne toeslag (0 ? 4) 0/D 5 massa% 1 4/D A1A2BC 50 vol%50 vol%50 vol%25 vol% 30 vol%20 vol%20 vol%10 vol% 50 vol%tot100 vol% max. 100 vol% max. 15 vol% van totale toeslag druksterkteklassen C12/15 t/m C35/45 C12/15 t/m C53/65 C12/15 t/m C40/50 volumieke massa ? 2000 kg/m 3 opmerkingen chloridegehalte ? 0,03 massa% tot 50 vol% geen aanvullende eisen absorptie < 25 kg/m 3 (zie kader 'Waterabsorptie') alleen niet-verontreinigd beton van bekende herkomst gehalte zeer fijn (