Miquel Joseph - KU Leuven – Recycon Miquel.joseph@kuleuven.be Procesinnovatie - een overzicht van nieuwe scheidingstechnieken & beter ketenbeheer Miquel Joseph - KU Leuven – Recycon Miquel.joseph@kuleuven.be

Recycon RecyCon is de verzamelnaam voor de onderzoektopic "duurzame materiaalkringlopen in de bouw", kortom 'recyclage in de bouw‘ Het wetenschappelijk onderzoek dat binnen RecyCon ontwikkeld wordt, is omwille van de relatie met de industrie en met de terugkoppeling naar het onderwijs van de Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen (FIIW), vooral toegepast onderzoek. http://www.kuleuven.be/samenwerking/recycon

Hoogwaardige toepassingen? Fundering Onderfundering … Wegenisbeton Structureel beton …. Prefab beton Architectonisch beton SCC HPC ?

Toekomst? Fietspaden Verpompbaar beton 100% mengpuin 40 Mpa Levensduur +15j 2000-2002 Project Recycle

Voorwaarden hoogwaardige toepassingen Hoogwaardige granulaten Verontreiniging Waterabsorptie Variatie of heterogeniteit Opbouw wetenschappelijke en industriële kennis Creëren van een markt met voldoende mogelijkheden Vertrouwen bij de klanten Mogelijkheid tot keuring Opname in de bestekken Alternatieven voor de “minderwaardige” toepassingen

Hoe komen we aan hoogwaardige granulaten? Op de werf Sloopinventaris? In een sorteerinstallatie Bij de breekinstallatie

Overzicht enkele projecten/onderzoeken Doorgedreven selectief slopen Recybet Sorteren met behulp van sensoren Kleurscheiding, UV/VIS-spectroscopie, Microgolf-behandeling en temperatuurmeting, NIR of near infrared Alternatieve breektechnieken en zeeftechnieken C2CA ADR-technologie, slim breken Modificatie granulaten Microgolf behandeling, Mechanische behandeling, impregnatie Omgaan met de verschillen Voorbevochtiging granulaten, equivalente mortel hoeveelheid

Recybet

Recybet Recybet is een Buildchem-project, dat als doel heeft de materialenkringloop bij de productie van prefab- betonproducten te sluiten. Uit het sloopafval wordt betongranulaat gerecycleerd voor hoogwaardige toepassing in nieuwe prefab betonstructuur. Het beton wordt ook zo ontworpen dat de sloop en de scheiding van materialen later makkelijker kan verlopen.

Op de werf Recybet Eerste demonstratie gescheiden bij sloop Funderingsbeton (interne kleur blauw) Structuurbeton zijnde gewapende balken (interne kleur grijs) Ongewapende vloerplaat Klinkers Betonnen metselblokken met klassieke mortelspecie Arduin afval van zagerijen Controle granulaten Dichtheid en waterabsorptie LA en MD

Bij het sorteren Recybet Tweede demonstratie gescheiden na aanvoer breekcentrale Sloop industriële site Woningsloop Wegenisbeton Controle granulaten Dichtheid en waterabsorptie LA en MD Korrelverdeling en korrelvorm

Op basis van werkelijke druksterkte Onderzoek KU Leuven eindwerk + labtesten Beton van 4 verschillende kwaliteiten 50 Mpa 45 Mpa 40 Mpa 35 Mpa Controle granulaten Dichtheid en waterabsorptie LA en MD Korrelverdeling en korrelvorm

Recybet Voorlopige resultaten: Waterabsorptie tussen de 6,5% en 1% 3 categorieën merkbaar Belangrijkste factor? Originele druksterkte of W/C-factor Wat met zwakke cementgebonden producten? Zandcement funderingen Dekvloeren …

Sorteren met behulp van sensoren

Sorteren met behulp van sensoren Afbeelding Applicability of Near-Infrared (NIR) spectroscopy for sensor based sorting of a porphyry copper ore. TU Delft

Scheiding op kleur Bij deze techniek wordt enkel in het zichtbaar lichtspectrum gekeken. Mogelijke problemen hierbij zijn anders gekleurde materialen (rode beton, grijze baksteen, …) of materialen zonder kleur (glas). Voorbeeld: pilootschaal test tijdens Ircow-project

Scheiding op kleur http://www.ircow.eu/media/docs/presentatie_VITO_at_FPRG-CASO%2008_05_2013.pdf

UV/VIS-spectroscopie UV/VIS-spectrofotometrie is een chemische analysetechniek waarbij de concentratie van een bepaalde stof in een te analyseren monster bepaald wordt door de absorptie van zichtbaar licht (VIS = visible) of van ultraviolet licht (uv-licht) te meten.

UV/VIS-spectroscopie Sorteren op basis van werkelijke kleur (a) en UV-licht (b) Calcite (1), Chalcedony (2), Magnesite (3), Fluorite (4), PbO reference glass (5), CAB 15 (6) en Silicon (7) Johannes Hofer: Luminescence-and Reflection Spectroscopy of Industrially Relevant Minerals for Automatic Sensor Based Sorting Applications

Microgolf-behandeling en temperatuurmeting Elk materiaal heeft een verschillende weerstand tegen de absorptie van microgolf-straling. Dit zorgt ervoor dat verschillende materialen sneller of trager opwarmen. Door de temperatuur te meten van verschillende granulaten, kunnen stromen gescheiden worden. Het grootste probleem bij deze techniek is het effect van microgolven op geabsorbeerd water.

Microgolf-behandeling en temperatuurmeting Miriam Labbert: Characterization and Identification of Plastics through Microwave Treatment and Temperature Measurement

NIR of near infrared Near-infrared spectroscopy of NIRS is een techniek waarbij gebruik wordt gemaakt van golven tussen de 800 nm en 2500 nm. Deze techniek werd toegepast in het project IRCOW om gips en cellenbeton te verwijderen uit de steenachtige fractie.

Resultaat NIR Daling van de X-fractie Daling hoeveelheid organisch materiaal Daling hoeveelheid gips en sulfaten Daling uitloging sulfaten in de kolomtest http://www.ircow.eu/media/docs/presentatie_VITO_at_FPRG-CASO%2008_05_2013.pdf

Alternatieve breektechnieken en zeeftechnieken

Smart Crusher – Slim Breken De kaakbreker vergruist betonpuin door een kracht uit te oefenen en de granulaten door een kleine opening te dwingen. Hierdoor zullen naast mortel ook granulaten gebroken worden. De Smart Crusher SC1 heeft als doel om beton te scheiden in zand, grind en cementsteen zonder schade toe te brengen aan de natuurlijke granulaten.

Smart Crusher – Slim Breken http://www.scc-oss.nl/

C2CA - ADR

ADR technologie De uitdaging bij het sorteren van betonpuin zit in de fijnere fractie: de fijnste fractie (0-1 mm) is vochtig, en kleeft aan de meer zuivere ‘granulaten’ (zand & granulaten). Om deze fractie op een economische wijze te kunnen scheiden van de granulaatstroom, wordt de ADR-techniek of Advanced Dry Recovery (gepatenteerd door de TUDelft) toegepast. ADR wordt reeds gebruikt voor bodemassen, en de techniek bestaat erin een stroom materiaal te scheiden op korrelgrootte en volumieke massa via kinetische energie (door de deeltjes een snelheid en richting te geven, komen deze in functie van hun gewicht en vorm op andere plaatsen terecht - vergelijkbaar met het afschieten van voorwerpen van verschillende massa en vorm). De fijnste fractie bevat op dat moment de meeste originele ‘cement’- deeltjes (calcium-rijke fractie, aangevuld met silicium van het zand). Deze fractie kan vervolgens worden gemalen en als grondstof voor nieuwe cementproductie worden ingezet. Dit procedé is nog in onderzoeksfase. De grovere fracties, vrij van fijnen, zijn geschikt voor gebruik als granulaat in nieuw beton. Een groot voordeel is dat het granulaat niet gewassen moet worden, en er dus geen slibresidu ontstaat. http://www.iswa.org/uploads/tx_iswaknowledgebase/paper34.pdf http://www.technologywatch.be/index.cfm?n01=techwatch&n02=innovations&PageAction=SearchDetail&article_id=85

ADR technologie Voorbeeldopstelling: Inashco Doel recuperatie metaal uit bodemassen Pilootproject sinds oktober 2010 425.000 ton as per jaar http://www.waste-management-world.com/articles/print/volume-11/issue-6/features/waste-to-energy-product-news.html

Modificatie granulaten

Principe mortel reductie mbv microgolven Een monster van gerecycleerde betongranulaten wordt gedurende één minuut in een microgolfoven met een constant vermogen van 10 kW geplaatst. Doordat de aangehechte mortel sneller opwarmt dan de natuurlijke granulaten, ontstaan er verschillende thermische spanningen tussen de mortel en de granulaten. Hierdoor zal de aangehechte mortel afbrokkelen en in stukjes verbrijzeld worden. De natuurlijke granulaten zullen geen schade ondervinden omdat die trager opwarmen. A. Akbarnezhad: Microwave-assisted beneficiation of recycled concrete aggregates

Principe mortel reductie mbv mechanische wrijving Een excentrische as-rotor kan gebruikt worden, waarbij twee cilinders op hoge snelheid draaien. De gerecycleerde betongranulaten worden tussen de binnen- en buitencilinder geplaatst om de aangehechte mortel te kunnen verwijderen. Door middel van een drukkend en trillend effect wrijven de granulaten over elkaar, waardoor de aangehechte mortel vergruist. K. J. Schenk, „Seperating device”. Nederland Patent WO 2011/142663 A1, 11 mei 2010.

Simulatie mechanische processen op laboschaal

Resultaten mechanische behandeling

Impregnatie door polymeren Valerie Spaeth: Improvement of recycled concrete aggregate properties by polymer treatments

Impregnatie door silica fumes Mengsel 10l water + 1kg silica fumes Amnon Katz: Treatments for the Improvement of Recycled Aggregate

Omgaan met de verschillen

Interfacial Transition Zone of ITZ Dit is de zone tussen cement en granulaten Bij recyclagebeton toename totale hoeveelheid ITZ Heeft een effect op enkele eigenschappen Chloridenindringing Druksterkte Waterabsorptie Weerstand tegen vorst Otsuki, N: Influence of Recycled Aggregate on Interfacial Transition Zone, Strength, Chloride Penetration and Carbonation of Concrete

Voorbevochtiging granulaten Invloed op de werking hulpstoffen Invloed op de sterkte recyclagebeton Invloed op de duurzaamheid recyclagebeton Waar voorbevochtigen? Menger, transport of stockage Snelheid voorbevochtigen Curve Newton Ideale hoeveelheid voorbevochtiging ssd, 90%, overbevochtigd, … Dayalan J: Internal Curing of Concrete Using Prewetted Light Weight Aggregates

Equivalente mortelhoeveelheid Zelfde totale hoeveelheid verharde mortel Lagere hoeveelheid verse mortel Verlaging verwerkbaarheid Zelfde druksterkte Zelfde E-modulus A.M. Knaack: Design of Normal Strength Concrete Mixtures with Recycled Concrete Aggregates

De Techniek staat echter nooit stil … Nieuwe superplasten (Sika) ontworpen voor poreuze granulaten Volledig recycleerbaar beton (Ugent) Gebruik van retstoffen in cementproductie (doctoraat Ugent – CBR, onderzoek professor Ozlim Cizer KU leuven) Grond als granulaatvervanger (Relimos – KU Leuven) Fragmenteren met elektrische schokken Thermische behandeling van granulaten …

Dank u !