dr.R.F.M.BakkerStichting Betonresearch Nederlandse Ce-mentindustri?en (BNC)ing.J.H.K?hneredacteur CementTabel 1Overzicht van de genormaliseerdecementsoorten1Mogelijke toepassing van afvalstoffen enbijprodukten bij de cementproduktieafvalstoffen ?~portlandcement_-+~ --+ portlandcement-klinker ~ klinkergrondstoffenportlandcement_ -+ IMAlEN 1-+portlandcementklinkerportlandcement- -+ ~ -+ mengcementklinker + ~mengcomponenttafvalstoffen ?Cement XXXIII (1981) nr. 6Alternatieve grondstoffe.n voorcementInleidingIn een eerder artikel is een overzicht gegeven van de afvalstoffen en industri?le bijproduktendie eventueel in aanmerking komen als grondstof voor beton, ter vervanging van zand engrind [1].ln deze bijdragewordtopbasis van literatuurgegevens, de mogelijketoepassing alsgrondstof voor cement besproken.Als definitie van cement wordt de formulering aangehouden, die is vastgelegd in NEN 3550:'eenlijngemalen, hyd rau Iisch materiaal, dat na mengen met water een min ofmeerplastischemassa vormt, welke zowel onder water als aan de lucht verhardt en daartoe geschiktematerialen aaneen kan kitten tot een ook in water stabiele massa' [2]. De cementsoorten dievolgens NEN 3550 worden onderscheiden, zijn weergegeven in tabel 1.In de buitenlandse normen worden geen cernentsoorten beschreven die wezenlijk verschil-len van die in de Nederlandse norm. De enige uitzondering hierop is vliegascement dat in eentiental landen volgens de daar geldende normen kan worden gemaakt op basis vanportlandcementklinkeren vliegas. De maximale hoeveelheid vliegas die kan worden toege-voegd verschilt per land en ligt tussen 20 en 40% [3]. In tabel 1 is vliegascement ookopgenomen.norm cementsoort samenstellingportlandcement > 95% klinker*portlandslakcement 75 - 95% klinker, 5 - 25%hoogovenslak*NEN portlandtrascement 60 - 80% klinker, 20 - 40% tras*3550 hoogovencement 20 - 65% klinker, 35 - 80% hoogovenslak*gesulfateerd cement ca 5% klinker, ca 85% hoogovenslak, ca 15% gipsaluminiumcement 100% aluminiumcementklinkervliegascement 60 - 80% klinker, 20 - 40% vliegas**Aan deze cementsoorten worden nog enigeprocenten gips toegevoegd voorde regeling vande bindtijd. .De circa6 miljoen t.on cement, die per jaar in Nederland wordtverbruikt, bestaatvoornamelijkuit hoogovencement (ca. 54%) en portlandcement (ca.45%). De jaarlijks verwerkte hoeveel-heden portlandslakcement, portlandtrascement en gesulfateerd cement zijn te zamen min-der dan 1%. Aluminiumcement vindt vooral toepassing in vuurvaste materialen (ca. 5000ton/jaar); voor normaal beton is het minder geschikt [4]. Indien aluminiumcement buitenbeschouwing blijft, zijn de grondstoffen voor de diverse cementsoorten:- portlandcementklinker;- hoogovenslak;- tras;- vliegas en- gips.Van de:z:e stoffen wordt alleen portlandcementklinker rechtstreeks geproduceerd voor debereiding van cement; de overige zijn ?f industri?le afvalstoffen of bijprodukten (hoogoven-slak, vliegas, industriegips) ?f natuurprodukten (tras en natuurlijk gips).Voor een goed begrip van het navolgende dient erop te worden gewezen, dat afvalstoffen enbijprodukten in principe op twee duidelijk verschillende manieren als grondstof voor cementkun nen dienen. Ten eerste als mengcomponent: een produkt dat doormalen en mengen metportlandcementklinker een hydraulisch bindmiddel vormt. De component blijft daarbij alszodanig herkenbaar. Ten tweede als grondstofvoorportlandcementklinker: een produkt dat,al dan nietsamen metandere grondstoffen gemengd, na sinteren in de ovenportlandcement-kl inker vormt. Het produkt wordt door chemische reacties in de klinker opgenomen en is alszodanig niet meer herkenbaar. Een en ander is schematisch weergegeven in figuur 1.395Tabel 2Produktie van afvalstoffen en industri?lebijprodukten in 1975; overzicht van demogelijke toepassing [17]mogelijketoepassingenafvalstoffenICf)01-c: al'e .~Q) ..."O~c: al.2Ec:o1i?.00)-al c:-Q)Cf) EQ) Q)BuI Q)_Olc: alQ) uE?CQ).o0$'?ijOl alg .~.s:: _c. alo Ec:Q)Ol~alC.bouw- en sloopafval (incl.verhardingsmateriaal)baggerslib(ca. 40% droge slib)zuiveringsslib(ca. 4,5% droge stof)vliegas van met kolengestookte energiecentralesvliegas (vuilverbranding)slakken (bodemas) van met ko-len gestookte energiecentralesslakken (vuilverbranding)hoogovenslakken (zand)fosfaatertsslakkenstaalslakkenfosforzuurgipszwavelafvalrookgasontzwaveling(zwavel, gips)afvalkolenvergassing(o.a. slakken)mijnsteen 1)huishoudelijk afval6,528(11)5(0,2)0,50,10,10,41,40,70,91,55,8xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxl?)xl?)xxl?)xxxxxxxxxxxx1) voorraad in Nederland 30 miljoen tonDe eisen die aan produkten voor toepassing als mengcomponent worden gesteld zijnduidelijk andere dan die bij toepassing als klinkergrondstof. In het navolgende zal wordennagegaan in hoeverre diverse afvalstoffen (zie tabel 2) in aanmerking kunnen komen respec-tievelijk als mengcomponent voor cement en als grondstof voor portlandcementklinker.Mengcomponenten voor cementEen produkt is eerst dan geschiktvoortoepassing als mengcomponent in cement, als hetaan??n van de volgende eisen voldoet: .~ het produkt moet hydraulisch of tenminste latent-hydraulisch zijn, of- het produkt moetpuzzolane eigenschappen bezitten.(De minerale poeders die volgens NEN 3550 tot een maximum van 5% mogen wordentoegevoegd, worden hier buiten beschouwing gelaten)Een produkt is hydraulisch als het produkt het vermogen heeft om met water te reagerenonder vorming van ook in water stabiele verbindingen (portlandcementklinker, aluminium-cementklinker ) [2]. De reacties, die aan de vorming van de hydraulische verbindingen tengrondslag liggen, zijn in de eenvoudigste vorm:voor portlandcementklinker:di- en tricalciumsilicaat + water-4 calciumsilicaathydraat + kalkcalciumaluminaat + water-4 calciumaluminaathydraatvoor aluminiumcementklinker:calciumaluminaat + water-4 calciumaluminaathydraatEen produkt is latent-hydraulisch, als het proces voor het vormen van deze verbindingenalleen bij aanwezigheid van een activator voldoende snel verloopt (hoogovenslak met alsactivator portlandcementklinker, loog of gips). Bij hoogovenslak zijn de belangrijkste reac-ties, die ten grondslag liggen aan de vorming van de hydraulische verbindingen, in deeenvoudigste vorm:slak (kalk, kiezelzuur en aluminium-oxyde + wateractivator calciumsilicaathydraat +_ calciumaluminaathydraat +calciumaluminiumsilikaathydraat +calciumaluminaatsulfaathydraat.Cement XXXIII (1981) m.6Een produkt heeft puzzolane eigenschappen als het bij normale temperatuur in tegenwoor-digheid van water reageert met kalk, waarbij onoplosbare hydraten worden gevormd. Hetbetreft voornamelijk kiezelzuur- en aluminiumoxydehoudende produkten, bijvoorbeeld tras396(een natuurlijk puzzolaan) en vliegas (een kunstmatig puzzolaan). De reacties, die aan devorming van de hydraulische verbindingen ten grondslag liggen, zijn in de eenvoudigstevorm:vliegas (kiezelzuur en aluminiumoxyde) +kalk + watercalciumsilicaathydraat +calciumaluminaathydraatTabel 3Bruto chemische samenstelling van enkeleafvalstoffen en industri?le bijproduktenIn de praktijk blijken de begrippen latent?hydraulisch en puzzolane eigenschappen vaak teworden verward. Het verschil tussen het latent-hydraulische en het puzzolane produkt zitdaarin dat aan eerstgenoemde geen kalk hoeft te worden toegevoegd om de gewenstehydraten te vormen, omdat het zelf in voldoende mate kalk bevat; er isslechts een activator ofkatalysator nodig. Het laatstgenoemde (het puzzolane produkt) bevat daarentegen geen ofnagenoeg geen kalk en heeft daarom een externekalkbron nodig voor de vorming van degewenste hydraten.Uit de bovenstaande reacties blijkt dat de uiteindelijke hydraulische verbindingen steedsbestaan uit calciumsilicaat- en calciumaluminaat-hydraten.Het zal daarom duidelijk zijn datin (meng)cement kalk, kiezelzuur en aluminiumoxyde steeds in een bepaalde verhoudingaanwezig moeten zijn.De eigenschap van stoffen om geschikte hydraten te kunnen vormen is echter niet alleenafhankelijk van de chemische samenstelling, maar ook in belangrijke mate van de fysischestructuur. Voor hoogovenslak en puzzolane stoffen is degewenste structuurdezogenaamdeglasstructuur.Van de in tabel 2 genoemde afvalstoffen en bijprodukten zijn in tabel 3 die stoffen weergege-ven die kalk en/ofkiezelzuur en aluminiumoxyde in hoeveelheden van enige betekenisbevatten. De geschiktheid voor toepassing inde cementfabricage zal voor deze stoffenafzonderlijk worden besproken.CaO Si02 AI203 diversen(kalk) (kiezelzuur) (aluminium-oxyde)hoogovenslak [5] 36 -43 28-36 12 - 22staalslak [5] 40-50 10-20 3- 4 12 - 20% Fe203fosforslak [6] 44 41 9 3% F; 1,5% P20Smijnsteen [6] 5 50 -60 20-30 3 -14% Fe203vliegas van electriciteit?centrale [6] 7 - 11 45 - 51 24-32 10?15% Fe203vi iegas van vuil-verbranding } 6 9 -12 40 -60 8 ?185 -15% F8203vuilverbrandingsslak [] 0,5 -6% S03fosforzuurgips [6] - - - =100% CaS04' nH20Grondstoffen voor portlandcementklinkerPortlandcementklinker wordt in NEN 3550 gedefinieerd als 'een produkt, dat hoofdzakelijkbestaat uit calciumsilicaten en dat is verkregen door Verhitting tot sinteren toe van eenmengsel van materialen metals voornaamste bestanddelenkalk (CaO) en kiezelzuur (Si02) envoor het overige aluminiumoxyde (AI203) en ijz?r (111) oxyde (Fe203), terwijl zeer kleinehoeveelheden andere oxyden aanwezig kunnen zijn'.De verhouding, waarin de bestanddelen in de klinker voorkomen, wordt bepaald doorproduktietechnischeeisen (onder andere de hoeveelheid gesmolten materiaal in de oven) enmateriaaltechnische eisen (zoals de vormvastheid van het met de klinker gefabriceerdecement). Voor een overzicht van het hoe en waarom van de verhoudingen van de componen-ten kan worden verwezen naar een artikel van G.R.Gouda in World Cement Technology,november 1979 [7]. Vanwege bovengenoemde eisen is de gebruikelijke samenstelling vanportlandcementklinker:In figuur 2 is deze samenstelling (met uitzondering van het Fe2 03) grafisch weergegeven. Inprincipe kan elk mengsel van grondstoffen dat bovenvermelde samenstelling heeft, doorsinteren in portlandcementklinkerworden omgezet. In de praktijk worden dan ook, afhanke-lijk van lokale omstandigheden, verschillende grondstoffenpakketten verwerkt. Op sommigeplaatsen in de wereld heeft de gedolven onzuivere kalksteen een samenstelling die tussen degenoemde grenzen ligt, zodat geen bijmenging van verschillende stoffen hoeft plaats tevi nden.1n de meeste gevallen zal echteraan de kalksteen in de een ofandere vorm kiezelzuur,aluminiumoxyde en ijzeroxyde moeten worden toegevoegd om degewenste samenstelling teverkrijgen.2Fasedriehoek waarin aangegeven desamenstelling van portlandcementklinkeren van eventueel toe te passen alternatievegrondstoffen~hoogovenslakzoneQ portlandklinkerzoneCaO19 -23% Si024,5 - 7% AI2031,5 ~ 5% Fe20363 -68%?aOKiezelzuurAluminiumoxydeIJzeroxydeKalkCement XXXIII (1981) nr. 6 397Tabel 4Verbruik van hoogovencement ten opzichtevan het totale cementverbruik in enigelanden (bron: CEB)landNederlandBelgi?Duitsland (BRD)Itali?JapanFrankrijkOostenrijkVerenigd Koninkrijk% hoc van het totalecementverbruik56271654310,2Met uitzondering van gips kunnen in principe de in tabel 3 genoemde stoffen in meerdere ofmindere mate als grondstoffen worden toegepast, gezien hun gehalte aan de essenti?lecomponenten. Er zijn echter ook een aantal nog niet genoemde randvoorwaarden die detoepassingsmogelijkheidbeperken, zoals het gehalte aan fosfaten (in verband met debindings- en verhardingssnelheid) en het gehalte aan chloriden (in verband met corrosie vande wapening). Op deze aspecten zal bij de behandeling van de afzonderlijke produktenworden teruggekomen.HoogovenslakDe op dit moment ideale mengcomponent voor cement is hoogovenslak, mits op de juistewijze gegranuleerd. Het latent-hydraulisch karakter vanhoogovenslak wordt namelijk nietalleen bepaald door de chemische samenstelling, maar ook door hetgehalteaan slak met eenglasstructuur [8].De in Nederland geproduceerde hoogovenslakwordtoptimaalbenut; voor hetovergrote deelwordt de slak gebruikt voor de produktie van hoogovencement. Wat dat betreft neemtNederland een vooraanstaande plaats in (tabel 4).Op dit moment is ook in traditioneel op portlandcement ingestelde landen als de VerenigdeStaten en Canada een trend waarneembaar om de toepassing van slak in mengcementen(blended cements) testimu leren, waarbij deenergiebesparing hetbelangrijkste argument is.Blijft de vraag of het niet n6ggunstiger is om hoogovenslak hetzij te verwerken tot gesulfa-teerd cement, hetzij te gebruiken als grondstof voor portlandcementklinker.Grondstof voor gesulfateerd cementBij vergelijking van gesulfateerd cement met hoogovencement blijkt dat de maximale hoe-veelheid slak die verwerkt kan worden in beide cementsoorten niet veel verschilt, 85% t.o.v.80% (zie tabel 1). Gesulfateerd cement zal dus iets meer slak kunnen bevatten. In Nederlandligt het slakgehalte van hoogovencement tussen 65 en 75%. Belangrijker is dat een deel vande klinker, voor de produktie waarvan veel energie nodig is, kan worden vervangen door hetgoedkopere gips (eventueel afvalgips). In tabel 5 zijn de belangrijkste energievragendeprocesstappen naast elkaar gezet.Tegenover de toch vrij beperkte energetische en milieutechnische voordelen staan echtereen aantal technische nadelen, met name: het 'afzanden' van beton met gesulfateerd cementin die gevallen waar beton gedurende langere tijd aan uitdrogende omstandigheden wordtblootgesteld (voortoepassing onder water is het produkt uitstekend geschikt). Een tweede,praktisch bezwaar isdat gesulfateerd cement niet mag worden gemengd metportlandcementof hoogovencement [9]. Deze produkten moeten op de bouwplaats zeer zorgvuldig geschei-den worden gehouden.Gezien het feit datzowel in Belgi?, Duitsland alsEngeland de produktie is gestaakt,is het devraag of er voor een dergelijk produkt ooit voldoende afnemers zullen zijn. De consumentheeft immers, zolang er alternatieven zijn, het laatste woord!TabelSVergelijking van de benodigde energie voorde produktie van gesulfateerd cement enhoogovencementCement XXXIII (1981) nr. 6MJ per toncement samenstelling klinker- droging malen totaalproduktiegesulfateerd 83% slak - 600 -cement 2% klinker 100 - 1100 190015% gips - 100 -76% slak - 550 550hoogovencement 19% klinker 900 - 100 21005% gips - - -Grondstof voor portiandcementklinkerToepassing van hoogovenslak als grondstof voor cementklinker is vanuit energetisch oog-punt minder gunstig dan de toepassing als mengcomponent. De slak moet dan namelijkopnieuw tot circa 1450 ?C worden opgewarmd, wat bij toepassing als grondstof voorhoogovencement niet nodig is.Staalslak .Technische aspektenOp grond van de chemische samenstelling zou gegranuleerde staalslak, evenals hoogoven-slak, bruikbaar moeten zijn als mengcomponent. De volgende omstandigheden veroorzakenechter problemen:- de aanwezigheid van vrij calcium- en magnesiumoxyde (hierdoor is het produkt niet meervolumebestendig);- de grote variatie in fysische en chemische eigenschappen;- de aanwezigheid van vrij ijzer.Deze laatste twee bezwaren gelden ook bij toepassing van staalslak als grondstof voor deklinkerbereiding398t6-rrT,-~--,~--~~~~=-'1.~verschH in7-daagse sterkte/Economische aspectenOmstaalslak bruikbaar te maken hetzij als mengcomponent, hetzij alsgrondstofvoorklinker,moet de slak in ieder geval ontijzerd worden. Er zijn nog geen technische processengevonden die dit economisch haalbaar maken.Milieutechnische aspectenVanuit milieutechnisch oogpunt zijn er geen bezwaren om staalslak in cement toe te passen.Door het bindingsproces worden de schadelijke stoffen (zware metalen) ingesloten, waar-door het risico van uitloging zeer klein is.Energetische aspectenVanuit energetisch oogpunt zou de toepassing als mengcomponent de meest geschikte zijn,omdat dan gebruik kan worden gemaakt van de latent-hydraulische eigenschappen. Gezienhet feit dat de huidige staalslak volledig zijn weg vindt als wegenbouwmateriaal, lijktonderzoek in deze richting echter minder urgent, te meer omdat te voorzien is dat hettechnisch geschikt maken voor toepassing als mengcomponent weer een aanzienlijkehoeveelheid energie zal vergen.FosforslakEvenals de voorgaande slaksoorten is ook gegranuleerde fosforslak latent-hydraulisch,zodat het als mengcomponent voor cement in aanmerking komt. Door de aanwezigheid vanfosfaten wordt de verharding echter aanzienlijk vertraagd, zodat pas na enige maanden het28-daagse sterkteniveau van portland- en hoogovencement wordt bereikt. Voor de meestetoepassingen in de praktijK is dit bezwaarlijk. De vertragende werking van de fosfaten wordtniet weggenomen indien fosforslak als grondstof voor de klinkerbereiding wordttoegepast.Overigens wordt in Nederland geen gegranuleerde fosforslak geproduceerd, maar uitslui-tend stukslak, die g??n hydraulische eigenschappen heeft.3Sterkteontwikkeling van vliegascement invergelijking met portlandcement13 7 28wet =0,59!Ijd (dagen) -+MijnsteenOp grond van de bruto chemische samenstelling zou men kunnen verwachten dat mijnsteenbruikbaar is als mengcomponent met puzzolaneeigenschappen.Het kiezelzuur en hetaluminiumoxyde, de voor de reactie benodigde stoffen, zijn echterin mijnsteen aanwezig inde vorm van niet-reactieve mineralen als kaolinieten iIIiet. Om deze reden vertoont mijnsteengeen puzzolane activiteit. Wel kan het met succes worden toegepast als grondstof voorportlandcementklinker, zoals al vele j~ren op diverse plaatsen in de wereld gebeurt, ook inNederland. Vooral de niet-gebrande, zwarte mijnsteen, die als toeslagmateriaal voor betonongeschikt is, komt in aanmerking omdat dan de calorische waarde van de aanwezigekoolstof kan worden benut.4Microscoop-opname van vliegas [18]Cement XXXIII (1981)nr.6Vliegas van kolengestookte elektriciteitscentralesTechnische aspectenVliegas van kolengestookte elektriciteitscentrales heeft, in tegenstelling tot gegranuleerdehoogovenslak, geen latenthydraulische eigenschappen, maar kan onder bepaalde omstan-digheden beschikken over voldoende puzzolane eigenschappen. In dat geval kan het dusworden toegepast als mengcomponent voor cement. Door het ontbreken van een eigenhydraulisch vermogen is de hoeveelheid vliegas die als zodanig kan worden toegevoegdbeperkt. Dit komt ook tot uitingin dediversebuitenlandsecementnormen, dieeen gehaltevanmaximaal 40% toestaan (tabelt).Naast deze toepassing als mengcomponent bestaan in een aantal landen normen voortoevoeging van vliegas aan betonspec.ie. De criteria die bij de beoordeling voor toepassing inbeton meestal een rol spelen zijn: minimumgehalte aan kiezelzuur, aluminiumoxyde enijzeroxyde, maximumgehalte aan sulfaat en alkali?n, specifiek oppervlak, vochtgehalte,gloeiverlies en gedrag in mortel of beton. Dit laatste aspect heeft betrekking op de druksterk-te, krimp, vormhoudendheid en alkalireactiviteit. De eisen zijn niet eensluidend. Voor eenoverzicht kan worden verwezen naareen artikel vanSmith [10].ln West-Duitsland zijn in 1979richtlijnen verschenen voor het verlenen van certificaten voorsteenkoolvliegassen alstoevoeging aan beton [11].Het toevoegen van vliegas aan beton, hetzij via vliegascement, hetzij rechtstreeks in demenger, heeft consequenties voor deeigenschappen van betonspecieen beton. Hierbij dientonderscheid te worden gemaakt tussen het fysisch en het chemisch effect.Het fysisch effect wordt veroorzaakt door de ronde vorm van de fijne vliegasdeeltjes (fig. 3).Vooral bij schrale mengsels kan een verbetering van de verwerkbaarheid optreden. Indien dittot gevolg heeft dat de betonspecie beter wordt verdicht, zal een hogere sterkte het resultaatzijn. De sterktewinst geldt zowel voor begin- als eindsterkte.Het chemisch effect wordt veroorzaakt door het al eerder genoemde puzzolane vermogen,met name de reactie van kiezelzuurenaluminiumoxyde in vliegas met detijdensde hydratatievan portlandcement vrijkomende calciumhydroxyde. De hieruit resulterende sterkte wordtslechts langzaam opgebouwd. In hetalgemeen zal de sterkteontwikkeling van vliegascementom deze reden dan ook langzamerverlopendan dievan normaal portlandcement(fig. 4) [12].Het puzzolane vermogen van vliegas hangt af van de chemische samenstelling, de structuur(glasachtig of kristallijn) en de deeltjes-grootte. De chemische samenstelling hangt af van de399Tabel 6Vergelijking van de benodigde energie voorde produktie van portlandcement,hoogovencement en vJiegascement [13]5Vliegas-depot; de vis is niet geschikt voorconsumptieCement XXXIII (1981) nr. 6herkomst van de kolen; de stook- enafvangtechniek bepaalt de structuur en deeltjes-grootte[13]. Dit betekent dat meestal per elektriciteitscentrale de bruikbaarheid van vliegas alsmengcomponent dientte worden nagegaan, waarbij wijzigingen van desamenstelling van dekolen in het oog moet worden gehouden. De bruikbaarheid van het in Nederland geprodu-ceerde vliegas ter produktie van vliegascement is op dit moment bij de Nederlandse cemen-tindustrie in onderzoek.Naast toepassing als mengcomponent, kan vliegas ook worden ingezet als grondstof vOorportlandcementklinker. Niet ter vervanging van kalk, zoals wel wordt gedacht, maar alskiezelzuur- en aluminiumhoudende grondstof (zie de chemische samenstelling in tabel 3).Aangezien portlandcementklinker slechts een beperkte hoeveelheid kiezelzuur en alumi-nium bevat is ook de hoeveelheid vliegas die op deze wijze kan worden verwerkt,beperkt.Hierbij moet dan nog worden bedacht dat de gedolven kalksteen meestal ook reeds enigeprocenten kiezelzuur bevat.Economische, energetische en milieutechnischeaspectenDe samenhang tussen economische, energ~tische en milieutechnische aspecten, waaropniet genoeg de aandacht kan worden gevestigd, komt ook weer duidelijk naar voren bijbeschouwingen ten aanzien van vliegascement. Aangenomen dat ook in Nederland zonder alte kostbare ingrepen vliegas geproduceerd kan worden, die geschikt is voor verwerking totvliegascement, dan is de vraag voorwelke bestaande cementsoortdit produkt een alternatiefkan zijn. In tabel 6 zijn debelangrijkste energievragende processtappen van de alternatievecementen naast elkaar gezet. Hierbij is uitgegaan van het zogenaamde droge proc?d?' voorde klinkerproduktie(bij de klinkerproduktievolgens het natteproc?d? kan deenergiebehoef-te 5000 MJ/ton en meer bedragen). Voor vliegas is uitgegaan van droge afvang in deelektriciteitscentrales, zodat geen waterverdamping noodzakelijk is.MJ per toncement samenstelling klinker- slak~produktie droging malen totaalportlandcement 100% klinker 3300' 450 3750vliegascement70% klinker 2300' 300260030% vliegashoogovencement30% klinker 1000' 130216070% slak 500 530Op basis van droog proc?d?Uit tabel 6 blijkt dat vanuit energetisch oogpunt vliegascement wel een gunstig alternatief isvoor portlandcement, maar niet voor hoogovencement.Vanuit milieutechnischoogpunt is het vliegascement eveneenS een gunstig alternatief voorportlandcement (hergebruik afvalstoffen, besparing delfstoffen). Ten opzichte van hoog"ovencement ligt de zaak minder duidelijk. Hiertoe zou de vraag moeten worden beantwoord,welke combinatie van grondstoffen minder milieuproblemen teweegbreng, daarbij inbegre-pen de energiebalans.De economische haalbaarheid van vliegascement is mede afhankelijk van de kosten dieverbonden zijn aan eventuele alternatieven voor de verwerking of verwijdering van vliegas(bijvoorbeeld storten, zie foto 5). Doordat de waarden van energie- en milieuaspecten aanveranderingen onderhevig zijn, kan over de economisch haalbaarheid geen absolute uit-spraak worden gedaan.TriefcementTriefcement is de naam voor een vliegas-synthetisch glas cement, een vinding van deBelgische ingenieur L.Trief, gepatenteerd in 1973 [13]. Triefcement wordt verkregen doorgezamenlijk smelten van vliegas en kalksteen in een verhouding van 40-60%. In feite komt ditneer op het kunstmatig produceren van hoogovenslak. Evenals hoogovenslak, wordt hetsmeltprodykt met water gegranuleerd. Echter in tegenstelling tot hoogovenslak wordt hetverkregen granulaat nat gemalen, zonder activator. Het gemalen produkt wordt vervqlgensgemengdmeteen gelijke hoeveelheid vliegas. De benodigde activator, inditgeval natronloog(5 ? 7% van het cementgewicht), wordt via het aanmaakwater toegevoegd.Voor de vervaardiging van een dergelijk type alkali-geactiveerd cement kan men in principeook uitgaan van gegranuleerde hoogovenslak.Triefcement is noch in energetisch opzicht noch milieutechnisch in het voordeel ten opzichtevan het in Nederland gangbare hoogovencement (tabel 7). Indien ook de activator natrium-hydroxyde (kostprijs van een 100% oplossing is circa f 550,- per ton) in de beschouwingwordt betrokken is zelfs hetvoordeel ten opzichte van portlandcementdiscutabel. Voorzoverbekend wordt in de literatuur dit laatste aspect niet behandeld.400Tabel 7Vergelijking van de benodigde energie voorde produktie van portlandcement,hoogovencement en TriefcementMJ per toncement samenstelling klinker- droging malen totaalproduktieportlandcement 100% klinker' 3300 - 450 3750Triefcement [13] 70% vliegas" 2690 110 270 3070(LTM) 30% kalk30% klinker' 1000 - 130hoogovencement 216070% slak - 500 530Aan deze cementsoorten wordt in de fabrie~ nog 5% gips toegevoegd.Aan het Triefcement dient op de bouwplaats via het aanmaakwater nog 5 ? 7% NaOH teworden toegevoegd.6Proefstuk van beton met Triefcement; desterke neiging tot uitslag is een praktischbezwaar van dit 'cementtypeDoor het Building Research Establishment is in 1977 een ori?nterend onderzoek uitgevoerdnaar de mogelijkhedenvan Triefcement [14]. Uit het onderzoek werd geconcludeerd dat hetwellicht mogelijk is om cement met bruikbare eigenschappen te produceren, uitgaande vanspeciaal daartoe vervaardigde synthetische granulaten,in combinatie met vliegas.Er kleven enkele praktische nadelen aan dit cementtype, waardoor het zeer twijfelachtig is ofhet tot toepassing zal komen. Deze nadelen betreffen met name het verhoogde risico voor degevreesde alkal i-toeslagreactie, de gezondheidsrisico's van het werken met sterk alkalischestoffen en de versterkte neiging tot uitslag (foto 6).Vliegas en slakken van vuilverbrandingsinstallatiesHettoepassen van vliegas en slakkenvan vuilverbrandingsinstallaties alsmengcomponentofals cementgrondstof biedt, gezien de gemiddelde samenstellingen de spreiding daarin,weinig perspectief. Het is ook niet te verwachten dat de samenstelling dusdanig kan wordenbe?nvloed, dat toepassing op ??n van de twee genoemde wijzen zinvol wordt.Fosfo-gipsFosfo-gips is een afvalstof uit de fosforzuurproduktie; het komt vrij bij de ontsluiting vancalciumfosfaaterts met :zwavelzuur. Het wordt in Nederland geproduceerd te Pemis (UKF),Vlaardingen (Windmill), Sas van Gent (Zuidchemie), Geleen (UKF) en Vlissingen (Hoechst)[15]. Het bestaat voornamelijk uit calciumsulfaatdihydraat.Het gips kan in principe op drie manieren bijde produktie van cement worden toegepast:- als bindtijdregelende component;- als mengcomponent;- als grondstof voor cementklinker.Als bindtijdregelende component kan hetin een maximale hoeveelheid van circa 5% wordentoegevoegd, mits het gips voldoende gezuiverd is van nog ingesloten zuren en de reactiviteitvan het gips is aangepast aan die van het cement [16]. Technische problemen zijn:-een belangrijke vertraging van de binding;- een verlaging van de beginsterkte;- de invloed van verontreinigingen op de kwaliteit van het verkregen cement.Als mengcomponent in gesulfateerd cement kan circa 15% worden toegevoegd. Medegeziende geringe mogelijkheden in de markt voor dit type cement, kunnen op deze wijze slechtskleine hoeveelheden gips nuttig worden verwerkt (zie ook de paragraaf over hoogovenslak).Overigens geldt ook hier dat het gips nog weer gezuiverd en bewerkt moet worden omgeschikt te zijn als mengcomponent. Meestal bevat het gips namelijk nog ingesloten fosfor-zuur.Fosfo-gips kan zoals gezegd ook dienen als grondstof voor klinkerfabricage. Het betreft eenin wezen oud proc?d?, waarbij in een gecombineerd proces zwavelzuur ?n cement wordenvervaardigd. Op basis van deze methode wordt op verschillende plaatsen in dewereld thanscirca 1,2 miljoen ton cement per jaargeproduceerd, echter voor het merendeel met natuurlijkanhydriet (watervrij gips) als uitgangsmateriaal [13]. De produktie van cement uit gips vraagtanhydriet halfhydraat gips gips+ kalksteengrondstof CaS04 CaS04 . V2H20 CaS04' 2H20 20% water CaCOsenergieMJ / ton 7100 7500 8400 9200/11700 3300/5AOO'TabelBVergelijking van de benodigde hoeveelheidenergie voor de produktie vanportlandcement voor verschillendeuitgangsmaterialen [13] droog proc?d? / nat proc?d?Cement XXXIII (1981) nr. 6 401Cement XXXIII (1981) nr. 6aanzienlijk meer energie dan de produktie uit kalksteen. Het energieverschilis afhankelijkvan de hoeveelheid water die verdampt moet worden (tabe/8).Aangezien in Nederland het 'natte' gips wordt geproduceerd, moet met hoge energiekostenrekening worden gehouden. Bij toepassen van afvalgips als grondstof voor cementklinkerwordt het afvalprobleem in feite vervangen door een energieprobleem. Het is dan ook devraag of niet veel eerder gedacht moet worden aan fosforzuurprocessen die g??n afvalgipsproduceren. De hoge energie- en investeringskosten voor een cement/zwavelzuurfabriekkunnen wellicht beter worden benut voor het produceren van fosforzuur via de thermischeontsluiting in een elektrische oven, waarbij direct bruikbare fosforslak vrijkomt.Samenvatting en conclusiesOp basis van gegevens uit de literatuur is een overzicht gegeven van de mogelijkheden die erzijn om afvalstoffen en industri?le bijprodukten toe te passen als grondstof voor cement.Hierbij is niet alleen gekeken naar de technische mogelijkheden, maar ook zoveel mogelijknaarenergetische, milieutechnischeen economische consequenties. Uit hetoverzichtblijkt,dat mondiaal gezien in de loop der jaren reeds een aantal technieken zijn ontwikkeld omafvalstoffen en bijprodukten te verwerken tot cement, met name:- het produceren van hoogovencement met hoogovenslak;- het produceren van gesulfateerd cement met hoogovenslak;- het produceren van vliegascement met vliegas;- het toevoegen van vliegas en mijnsteen als bron voor aluminium en silicium bij de produktievan portlandcementklinker;- het toevoegen van hoogovenslak als bron voor calcium, aluminium en silicium bij deproduktie van portlandcementklinker;~ het produceren van portlandcementklinker en zwavelzuur uit calciumsulfaat (gips).Een aantal technieken wordt nog steeds op vele plaatsen toegepast: hoogovencement methoogovenslak; mijnsteen en vliegas bij deportlandcementklinkerproduktie. Andere technie-ken, zoals bijvoorbeeld produktie van gesulfateerd cement uithoogovenslaken gips, wordennauwelijks meer toegepast vanwege materiaaltechnische problemen. De techniek van deproduktie van portlandcement en zwavelzuur uit gips heeft niet doorgezet vanwege de tehoge kosten.Voor de Nederlandse situatie lijkt op dit moment het ontwikkelen van vliegascement demeeste perspectieven tebieden. In deze richting wordt dan ook onderzoek uitgevoerd doorde Nederlandse cementindustrie.Literatuur1.Bakker R.F.M. en K?hne J.H., Afvalstoffen -vervangende grondstoffen voorbeton? ; Cement1981, nr. 32.NEN 3550, Cement. Definities, keuringseisen en beproevingsmethoden; NNI, 19793.Cement Standards of the World; Cembureau 19804.Kreyger P.C., Theissing E.M. en Souwerbren C., Analyse inzake de thans en in de naastetoekomst beschikbare alternatieven voor cement, portlandcementklinker en mergel; Beton-vereniging 1979.5,Lee A.R., Blastfurnace and steel slag, Production, Properties and Uses.6.Use of waste materiaIsand by-products in road construction; OECD Parijs 1977.7.Gouda G.R., Raw mix: the keyfor asuccesful and profitable cement operation; Wor/d CementTechn%gy, November 1979, p 337-34.6.8.Schwiete H.E. en D?lbor F.C., Einfluss der Abk?hlungsbedingungen und der chemischenZusammensetzung aufdie hydraulischen Eigenschaften von H?metitschlacken; Forsch. Ber.NRW, nr. 1186, 1963.9.Smit D.W.E., Souwerbren C. en van Vugt A.P., Betontechnologie CB1; VerkoopassociatieNederlands cement, 's-Hertogenbosch, 1980.10.Smith M.A., Review of standard specifications for fly-ash for use in concrete; Garston,Building Research Establishment, 1975.11.Richtlinie f?r die Erteilung von Pr?fzeichen f?r Steinkohlenflugascheals Betonzusatsstoffnach DIN 1045; Mitteilungen IfBt 2/1980, p. 39-43.12.Clendenning T.G. en Loughborough M.T., A versatilemix-proportioning concept for fly-ashconcrete; Seminar on concrete materials and techniques, presented at the ACI fall meetingOctober 1973, Ottawa, Ontario, Canada.13.Vervangenj:le grondstoffen en alternatieve bindmiddelen voor portlandcement; Ministerievan Volksgezondheid en Milieuhygi?ne, VAR 32,198014.Smith MA en Osborne G.J., Slag/fly ash cements; Wor/d Cement Technology, 1977, blz223-233.15.Weterings K., Verwerking van afvalgips uit defosforzuurbereiding Polytechnisch Tijdschrift/Procestechniek, 35 (1980), blz 79-86.16.Le Phosphogypse, Utilisation d'un sous-produitindustriel en technique routi?re; Bullean deliaison des /aboratoires des ponts et chaussees, Num?ro Sp?cial VII, November 1978.17.Toepassing afvalstoffen in de wegenbouw, inleidende beschouwingen voor het SCW-sympo-sium op 2 okt. 1980 in Utrecht; Arnhem, Stichting Studiecentrum Wegenbouw 1980.18.Toepassing van afvalstoffen in de wegenbouw, verslag van het SCW-symposiumop2 okt.1980 in Utrecht; Arnhem, SCW, 1981.402