ing.M.A.J.Huijsmans en ing.C.50uwerbrenbestuur BetonmortelcontroleCement XXXI (1979) nr. 5Hergebruik van cementslib inbetonmortelInleidingBij het reinigen van meng- en transportapparatuur in de betonwaren- en de betonmortelindustrieontstaat een restprodukt, bestaande uit spoelwater, cementslib en toeslagmateriaal. Ook de bijbetonmortelbedrijven teruggekeerde restvrachten leveren na uitspoelen bovengenoemd afval-produkt op. Tot dusver werd dit afvalprodukt verwerkt in bezinkbakken, waar de spoelrestenwerden gescheiden in vloeibare en vaste bestanddelen, waarbij de vloeibare bestanddelen(meestal licht met cement verontreinigd water) werden geloosd in oppervlaktewater, terwijl devaste bestanddelen werden afgevoerd naar een stortplaats. Door het in werking treden van dewet op de verontreiniging van het oppervlaktewater, wordt op veel plaatsen het lozen vancementslib niet meer toegestaan. Ook het afvoeren van reststoffen naar stortplaatsen wordtsteeds moeilijker en duurder.Op initiatief van de betonmortelfabrikanten is een onderzoek ingesteld naar de mogelijkhedende bij het spoelproces overblijvende bestanddelen, te weten cementslib en toeslagmateriaal,terug te voeren in hetproduktieproces, zodat in wezen een gesloten cyclus ontstaat. Op verzoekvan de Vereniging van Betonmortelfabrikanten in Nederland heeft de CUR zich met dit onder-zoek belast. Het Bestuur Betonmortelcontrole heeft de verantwoordelijkheid te beoordelen inhoeverre hergebruik van cementslib in betonmortel kan worden toegestaan, en zo ja, welkevoorwaardenaan een dergelijkhergebruik moeten worden gesteld. Verschillende leden van hetBestuur Betonmortelcontrole hebben deelgenomen aan het in CUR-verband uitgevoerdeonderzoek. Dit artikel beoogt de afnemer van betonmortel te informeren over het effekt, dat eentoevoeging van cementslib heeft op de eigenschappen van betonspecie enbeton. Nu het onder-zoeksstadium als be?indigd mag worden beschouwd, is het zaak een maatschappelijke aan-vaarding van hergebruik van cementslib te bewerkstelligen.RestproduktenBij het uitspoelen van restbeton in de aan het eind van dit artikel beschreven apparatuur komenals uiteindelijke restprodukten vrij cementslib en in fractiesgesGheiden toeslagmateriaal. Detoeslagmaterialen kunnen zo zuiver worden teruggewonnen, dat deponeren ervan in de opslagvan het betreffende toeslagmateriaal geen enkel bezwaar is.Het andere produkt, cementslib, is een slikachtige massa, gevormd door deeltjes cement endeeltjes fijn toeslagmateriaal in een overmaat van water. In uitspoelapparatuur worden deresten betonspecie zo intensief gespoeld en gezeefd, dat slechts enkele procenten van de incementslib voorkomende vaste bestanddelen bestaan uit toeslagmateriaal; de rest bestaat uitmeestal volledig gehydrateerd cement. De verhouding tussen vaste delen en water kan sterkvari?ren. Deze is afhankelijk van de toegepaste uitspoelapparatuur en van de wijze waaropdosering wordt beoogd. In cementslib van slechts enkele uren of enkele dagen oud zal nogongehydrateerdcement kunnen voorkomen. Na drie ? vier dagen heeft het cementslib haarreactievermogen bijna geheel verloren. Dat wil zeggen, dat van cementslib niet mag wordenverwacht dat het een deel van het cement als bindmiddel zal kunnen vervangen. Cementslibmoet uitsluitend worden gezien als niet aan de reactie deelnemende, inerte toevoeging.OnderzoekDoor het CUR-bestuur werd op 1 oktober 1976 de Pre-adviescommissie PB 24 'Hergebruik vancementslib als vulstof in beton' ingesteld. Het door deze commissie opgestelde pre-advies werdgepubliceerd in Cement 1977 nr. 8. De conclusies en aanbevelingen van deze commissie, voor-namelijk gebaseerd op literatuurstudie en een aantal ori?nterende onderzoeken, waren alsvolgt:Hergebruik van cementslib als vulstof in beton werd mogelijk geacht.Hergebruik van cementslib als vervangend materiaal voor cement werd niet mogelijk geacht.Hergebruik van cementslib als vulstof in beton volgens klasse 11 van de Voorschriften Beton1974 werd niet toelaatbaar geacht.Nader onderzoek zou moeten uitwijzen of voorbeton volgens klasse I van de VB 1974 richtlijnenkonden worden gegeven, die het hergebruik van cementslib als vulstof toelaatbaar maken.Voor niet-constructief beton met cementgehaltes tot 250 kg/m3 werd een toevoeging van 1%cementslib per m3 toelaatbaar geacht (berekend in % van het gewicht aan toeslagmateriaal.222De commissie adviseerde de uitvoering van een nader onderzoek, waarbijaspekten als water-behoefte, sterkte, krimp, waterindringing, carbonatatie en vorstbestandheid zouden moetenworden onderzocht.Op basis van dit pre-advies werd in augustus 1977 CUR-commissie B 24 ingesteld. Een doordeze commissie opgesteld proevenprogramma werd uitgevoerd in het laboratorium van IBBC-TNO. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het in februari 1979 verschenenCURIVB-rapport 93 'Hergebruik van cementslib als vulstof in beton'. De voornaamste conclu"sies van dit onderzoek zijn:Bij een toevoeging van 1% cementslib (berekend als gewichtspercentage van het toeslag-materiaaI):? neemt de waterbehoefte toe met ca. 7%;? mede daardoor, neemt de water-cementfaktor toe bij gelijkblijvende consistentie met 8%;? door het afnemen van het luchtgehalte neemt de water+lucht-cementfactor iets minder toe,namelijk met 6%;? vermindert de druksterkte met ca. 8%;? wordt de krimp verhoogd met ca. 14%;? blijkt de carbonatatiediepte bij een versnelde carbonatatieproef met ca. 9 mm toe te nemen.De waterdichtheid en de vorstbestandheid bleken niet in voor de praktijk belangrijke mate teworden be?nvloed.Overwegingen bij hergebruikBij een nadere beschouwing van het onderwerp 'hergebruik' doet zich de vraag voor of cement"slib kan worden beschouwd als slib zoals dat voorkomt in toeslagmateriaal. Een analysedaarvan is mogelijk, omdat een andere CUR-commissie, namelijk B 22 'Verontreinigingen toe-slagmateriaal', inmiddels een onderzoek heeft afgerond naar de invloed van klei en slibveront-reiniging in toeslagmateriaal; de resultaten van dit onderzoek zijn gepubliceerd in Cement 1977nr. 12. Het is aantrekkelijk na te gaan of cementslib als vergelijkbaar metslib in toeslagmateriaalkan worden beschouwd, omdat er immers voor slib in toeslagmateriaal in NEN 3542 beoorde-lingscriteria voorkomen, zodat de mogelijkheid zou bestaan het totaal in betonspecie voor-komend slibgehalte te toetsen aan de eisen die in deze norm zijn vermeld.Vergelijk?ng onderzoek CUR B 22 en CUR B 24Door CUR-commissie B 22 werd, naast een onderzoek naar de invloed van slib in toeslagmate-riaal op cement-zandmortel, ook een onderzoek op beton uitgevoerd. Daarbij werd de invloedonderzocht van de slibdosering op de waterbehoefte van betonmengsels, debuigtrek-, druk- ensplijttreksterkte, de krimp en de vorstbestandheid. Door CUR-commissie B 24 werden onder-zocht: eveneens de waterbehoefte van mengsels met toenemende dosering cementslib, dewaterafscheiding, de sterkte, de invloed op hetluchtgehalte, de krimp, de carbonatatie, dewaterdichtheid en de vorstbestandheid.Er zijn dus enige onderdelen waarop de twee onderzoeken met elkaar kunnen worden vergele-ken; deze zijn samengebracht in tabel 1. Om de resultaten vergelijkbaar temaken werd het slib-gehalte, zowel dat voorkomend in toeslagmateriaal, als dat voorkomend in cementslib, uitge-drukt als droog gewichtspercentage ten opzichte van het cementgehalte. Uitgaande van een ge-middelde betonsamenstelling 320 kg cement met een water-cementfaetor 0,50, 35% zand en65% grind en de maximale grenzen, die ten aanzien van het toelaatbare slibgehalte in NEN 3542worden gegeven (2% slib in zand en 1% slib in grind), kan worden berekend dat in een dergelijkesamenstelling maximaal 26 kg slib per m3 , oftewel 8 gew.% ten opzichte van het cementgehaltemag voorkomen. Door CUR-commissie B 22 zijn slibpercentages onderzocht van 0,3, 6, 1?en25%. Door CUR:'commissie B 24 percentages van Oen 6%.Een vergelijking van de resultaten leert, dat gewoon slib en cementslib een zelfde invloedhebben op de waterbehoefte van betonmengsels. Slib vermindert door een toename van dewater-cementfactor de 28-daagse druksterkte, maar vooral de druksterkte na kortere verhar-dingstijd. De invloed op de druksterkte is bij beide slibsoorten niet gelijk, maar gezien de in der-Tabel 1slibgehalte in %? 3 6 10 25 onderzoekt.O.v. cementgehalteslib in kg per m3 9,6 19,2 32 80in gew.% t.o.v. toeslagmateriaal 0,5 1,0 1,65 4,13wcf voor zetmaat 1? 0,53 0,56 0,58 0,61 0,71 CUR B 22ter verg.cementslib 0,53 0,58 CUR B24druksterkte 28 dagen 43,6 41,7 40,7 40,4 CUR B 22in % 100 96 94 93ter verg. cernentslib 41,4 36,4 CUR B 24in% 100 88krimp na 91 dagen 0,35 0,39 0,41 0,44 CUR B22ter verg. cementslib 0,34 0,36 CUR B24Cement XXXI (1979) nr. 5 223Cement XXXI (1979) nr. 5gelijke resultaten voorkornende spreiding maakt men geen grote fout door te zeggen dat de af-name van druksterkte door slibtoevoeging niet veel zal verschillen, ongeacht of het slib komt uittoeslagmateriaal dan wel uit cementslib.Ook ten aanzien van de krimp na91 dagen wordt geen zelfde resultaat verkregen. In beide ge-vallen neemt de krimp toe, maar bijcementslib was de toename geringer dan bij normaal slib.Globaal kan men zeggen, dat de krimp bij gewoon slib toeneemt met 3% per % slib; bij cement-slib met 2% per % slib.Door deskundigen uit de betonmortelindustrie wordt geraamd, dat een toevoeging van 0,2%cementslib, uitgedrukt als gewichtspercentage ten opzichte van het toeslagmateriaal, vol-doende zal zijn om het uit de produktie vrijkomende cementslib geheel te kunnen terugvoeren inhet fabricageproces. Indien een wat hoger percentage, bij voorbeeld 0,5% wordt beschouwd,waarmee dan tevens eventueel voorkomende fluctuaties in het terugvoeringsproces zijn begre-pen, dan komt men tot een hoeveelheid van 9,6 kg vaste bestanddelen uit de cementslib per m3,overeenkomende met 3% ten opzichte van het cementgehalte.Omdat volgens de norm NEN 3542 bij een gemiddelde betonsamenstelling van 320 kg cement,water-cementfactor 0,50, 35% zand en 65% grind, 26 kg slib per m3 is toegestaan, zou een toe-voeging van 3% cementslib,uitgedrukt ten opzichte van het cementgehalte, inhouden dat nietmeer dan 16 kg slib in het toeslagmateriaal mag voorkomen. Omdat er inde praktijk zelden zulkehoge slibpercentages als 2% in zand en 1% in grind worden aangetroffen ~ meestal bedraagthet slibgehalte slechts enkele tienden procenten - zal een vermindering van het toelaatbareslibgehalte in toeslagmateriaal door de cementslibtoevoeging weinig praktische problemen op-leveren. Wel is het dringend gewenst, dat in het kader van de kwaliteitscontrole bij een cement-slibtoevoeging dagelijks controle wordt uitgeoefend op het totale slibgehalte in de betonspecieom te beoordelen of aan de Nederlandse norm wordt voldaan.Uitspoel- en doseerapparatuurUitspoelapparatuurBij uitspoelapparatuur is het belangrijk dat de inhoud van de te reinigen truckmixer of het rest-beton zo snel mogelijk verwerkt kunnen worden. Er bestaan hiervoor verschillende systemen.1. Een groot stalen of betonnen bassin, gevuld met water waarin de mixer met een bepaalde snel-heid zijn resten of lading lost.Door middel van een open latten-transporteur kunnen in dit geval de grovere bestanddelenzoals zand en grind ongeleefd uit hetbassin gesleept worden. De goede reiniging van het zanden grind vindt plaats door de grote waterinhoud van het bassin dat regelmatig nieuwe toevoerkrijgt en met cement vervuild water afvoert naar een volgend bassin. Door middel van water-sproeikoppen kan indien gewenst nog een extra reiniging verkregen worden.Nadat het zand/grind mengsel uit het bassin getrokken is, kan het naar verkiezing nog gezeefdworden om in meerdere fracties hergebruikt te kunnen worden.Een nadeel van apparatuur van dit type is dat het zeer moeilijk is de zand- en grindresten vol-doende cementvrij te krijgen. Het zal duidelijk zijn dat er bij hergebruik problemen ontstaan,wanneer de resten nog te veel cementdeeltjes bevatten.2. Een roterende; zelf-transporterende trommel met ingebouwde scheidingszeef voor korrelskleiner dan 5 mmoBij dit systeem lost de truckmixer zijn lading inde vultrechter van de trommel waar water toege-voegd wordt om een voldoende uitspoeling van cementresten te bewerkstelligen. Tevens wordtin het achterste deel van de trommel waar zich de scheidingszeef bevindt, middels sproei"koppen water over het mengsel verdeeld, waardoor uiteindelijk een goede uitspoeling vancementresten gewaarborgd is.Water en cementslib worden naar een naastgelegen bassin gepompt.Voordeel van dit systeem is dat een goede zand- en grindreiniging mogelijk is, terwijl tevens aande uitloop van de trommel reeds een scheiding van verschillende korrelverdelingen heeft plaats-gevonden. Nadeel is de wat geringe uitspoelcapaciteit.3. Een stilstaand, half-rond bassin waarin zich een schroefroerwerk bevindt en een draaiend uit-haal"baggerwerk.Bij dit systeem worden de resten in het hoofdbassin gestortwaarna hetschroefroerwerk voor deeerste reiniging van zand en grind zorgt en het materiaal naar het baggerwerk transporteert; hetbaggerwerk brengt de zand- en grindresten naar een volgend compartiment.Verwerkings- en doseerapparatuurVanuit de hiervoor omschreven uitspoelapparatuur wordt het water-cementmengsel met even-tueel fijne zanddeeItjes naar een volgend bassin gepompt. Op dit moment zijn in Nederland ver-schillende systemen bekend.1. Een horizontaal opgesteld, half-rond bassin met een inhoud van bij voorbeeld 25 m3 ? Hierin be-vindt zich een schroefblad-roerwerk van grote diameter, dat door langzaam rond te draaien hetwater-cementmengselhomogeen van samenstelling houdt. Aan deze tank bevindt zich een do-seervat. Door middel van luchtdruk wordt de inhoud van dit vat na vulling naar de menger oftruckmixer geperst om opnieuw inbetonspecie verwerkt te worden. De programmering van dezetank is zodanig uitgevoerd dat tijdens het spoelen van de truckmixers aan het eind van dewerkdag het roerwerk niet in beweging is. Dithoudtin dat cement en zanddelen na ontvangst inde tank, vrij snel naar de bodem zakken. Enige tijd nadat de laatste mixergespoeld is, bestaathet grootste deel van de inhoud van de tank uit schoon water. Tot een bepaald niveau wordt ditnaar de riolering afgevoerd, waarna in de tank een betrekkelijk geringe hoeveelheid water, meteen grote laag cementslib achterblijft. Na het sluiten van de afloop-afsluiter start het roerwerk enblijft draaien tot de volgende dag de inhoud chargegewijs gedoseerd wordt.224Schema recyclingprocesEen nadeel van dit systeem is dat er verlies is van betrekkelijk veel schoon spoelwater en er nietopnieuw gespoeld kan worden voordat de tank leeg is.2. Een verticaal opgestelde tank met een inhoud van bijvoorbeeld 40 m3 met een diameter van ca.2 ? 2,5 m. Het water-cementmengsel wordt vanaf de uitspoelapparatuur boven in de tankgebracht. Onder in de tank bevindt zich een krachtig snel draaiend roerwerk dat er voor zorgt dater zich onderin de tank geen vaste bestanddelen af kunnen zetten en de inhoud homogeniseert.Dosering vanuit deze tank naar menger of mixer vindt plaats via watermeter of weegbak, omdatde concentratie van in het water aanwezig cementslib zo laag is dat hierdoor nauwelijks pro-blemen te verwachten zijn.Het water uit deze tank (met het cementslib) wordt als aanmaakwater voor de betonspecie ge-bruikt. Met toepassing van deze methode ontstaat een gesloten recyclingproces. HeUs hierbijnoodzakelijk een min of meer permanente meting te verrichten van de verhouding vas'te' stof ~vloeistof in het aanmaakwater.Bij dit systeem kan gedurende de gehele dag spoeling plaatsvinden van mixers of restbeton.Conclusies? Alhoewel ongetwijfeld nog betere apparatuur op de markt zal verschijnen, wordt de thans be-schikbare apparatuur voor het uitspoelen, verwerken en doseren van cementslib voldoendebruikbaar geacht om de toeslagmaterialen goed gezuiverd en gegradeerd terug te winnen en omde cementslib op controleerbare wijze in het proces terug te voeren.? Uit een vergelijking van de resultaten van CUR-commissies B 22 en B 24 lijkt de conclusie ge"rechtvaardigd cementslib, zoals dat aan betonspecie kan worden toegevoegd, te beschouwenals zijnde van dezelfde aard als in toeslagmateriaal voorkomend slib, niet mineralogisch van de-zelfde aard maar wel ten aanzien van de invloed op de eigenschappen van betonspecie enbeton.? Bij het onderzoek van CUR-commissie B 22 bleek dat de soort verontreiniging, slib of klei, en desoort klei niet van belang was voor de resultaten van het onderzoek. Dit bevestigt de conclusie,dat de fysische eigenschappen van de verontreiniging kennelijk maatgevend zijn voor de be?n-vloeding van de resultaten.? Bij een dosering van cementslib zal het totale slibgehalte in een betonmengsel moeten wordenbeoordeeld en getoetst aan het maximale slibgehalte, dat volgens NEN 3542 in het betreffendemengsel is toegestaan, namelijk 2% in zand en 1% in grind.? Om te voorkomen, dat de toevoeging van cementslib een te groot aandeel slib in betonspecieveroorzaakt, is een grens aan de cementslibdosering van bij voorbeeld 0,5%, uitgedrukt ten op-zichte van toeslagmateriaal, aan te bevelen. Een dergelijke grens leidt bij een gemiddeldebetonsamenstelling tot circa 10 kg vaste bestanddelen per m3 , hetgeen 38% is van de slibhoe"veelheid die maximaal in betonspecie is toegestaan.? Een vergelijking van de resultaten van het betononderzoek leidt tot de conclusie, dat een toe-voeging van slib, ongeacht of dit nu voorkomt in toeslagmateriaal of komt uit cementslib, dewaterbehoefte vanbetonmengsels vergroot, de druksterkte (vooral na korte verhardingsduur)verlaagt en de krimp verhoogt.Literatuur1. Hergebruik van cementslib als vulstof in beton, Cement 1977, no. 8 (Pre-advies CUR PB24). Zieook de bij dit artikel opgenomen literatuurlijst.2. Klei- en slibverontreiniging in toeslagmaterialen, door ir.J.G.wiebenga, Cement 1977, no. 12(Publikatie van CUR-commissie B 22).3. Hergebruik van cementslib als vulstof in beton, CUR/VB-rapport no. 93, uitgave Betonver-eniging Zoetermeer, februari 1979 (rapport van CUR-commissie B 24).Cement XXXI (1979) nr. 5CEMENT-WATER EMENTSLIBMENGSEL ANKTERUGVOERNAAR MENGEROF MIXER225UITSPOEL?PP AATCEMENT-WATER-MENGSEL NAARCEMENTSLIBTANKZAND}RETOUR NAARGRIND OPSLAG