PUINGRANULATEN ALSGRINDVERVANGENDTOESLAGMATERIAALir.J.G.A.van Hulst, DHV Bouw BV, Adviesgroep Materiaaltechniek & Bouwfysica, AmersfoortGrind als grof toeslagmateriaal in beton kan worden vervangen doorpuingranulaten. Ondanks de mogelijk negatieve associaties die bij gebruik van hetwoord 'puin' kunnen worden opgeroepen, bestaan er in feite nauwelijks technischebelemmeringen. De grootschalige toepassing van puingranulaten is vooralafhankelijk van economische aspecten. In dit artikel worden de mogelijkheden enbelemmeringen ge?nventariseerd. Voorts worden de gewenste ontwikkelingengeschetst.aarom zijn granulaten alsgrindvervangend materiaalin beton zo interessant? Al-lereerst vanwege hun 'herkomst\Puingranulaten zijn als grof toeslagma-teriaal in beton geen wezensvreemdematerialen. Bij de bouw en sloop van(waterbouwkundige objecten komtbouw- en sloopafval vrij, dat na selectie(= bet verwijderen van niet-steenachti-ge bestanddelen) bouw- en slooppuinoplevert.Dit puin wordt voor verdere bewerkingaan bsbi's (bouw- en sloopaf-valbewerkingsinrichtingen ofwel puin-brekers) aangeboden. De granulaten diealdus worden geproduceerd bestaan dusvoornamelijk uit gebroken metselwerken beton.Onderscheid wordt gemaakt in:- betongranulaat;- metselwerkgranulaat;- menggranulaat: een mengvorm vanbeton- en metselwerkgranulaat metten minste 50 % (m/m) betongranulaat.De granulaten zijn tevens interessantvanwege de hoeveelheden die beschik-baar zijn. De produktie van bouw- ensloopafval bedroeg de afgelopen jaren 8? 9 miljoen ton per jaar, waarvan hetaandeel bouw- en slooppuin circa 7 ? 8miljoen ton was. De hoeveelheid puindie niet wordt gestort of voor aanvullingof ophoging wordt gebruikt, maar naarbsbi's wordt gebracht, bedraagt jaarlijkscirca 5 miljoen ton.In een in 1984 verricht onderzoek [1]naar het hergebruik van diverse secun-daire grondstoffen werd een hergebruikvan bouw-en slooppuin geprognoti-seerd dat werd achterhaald door de hoe-veelheid die daadwerkelij in de periode1984-1989 is hergebruikt.Geraamd was namelijk een hergebruikvan 0,7 tot 3,0 miljoen ton op jaarbasis,afhankelijk van een hergebruik-on-vriendelijk of hergebruik-vriendeljkscenario; gerealiseerd werd een herge-bruik van 5 miljoen ton per jaar.Puingranulaten zijn daarmee de be-langrijkste stroom secundaire grond-stoffen.Toepassingsgebieden en belem-meringenOndanks de positieve situatie met be-trekking tot het hergebruik van bouw-en slooppuin c.q. granulaten in algeme-ne zin, moet worden geconstateerd dathet gebruik als grindvervangend mate-riaal in beton moeizaam plaatsheeft.In figuur 1 is een overzicht gegeven vande toepassingsgebieden van granulatenin 1989.Het voornaamste toepassingsgebied is(en dit zal voorlopig nog wel zo blijven)de wegenbouw, waar granulaten als on-gebonden steenfundering worden ge-bruikt.De zeer beperkte schaal waarop granu-laten als grindvervangend materiaalworden toegepast heeft niet zozeer eenmateriaaltechnische, maar een finan-ci?le achtergrond. De huidige grindprij sis, ondanks de stijging in de laatste jaren,de grootste economische belemmeringom granulaten als grof toeslagmateriaalin beton te gebruiken. Dit in tegenstel-ling tot de wegenbouw, waar de granu-laten concurrerend zijn met de traditio-nele steenfunderingsmaterialen zoalshoogovenslak. Dit betekent dat vanuitde wegenbouw een zuigende krachtontstaat: er wordt namelijk een betereprijs voor het granulaat gemaakt.Het gebruik van granulaten in beton zalderhalve voorlopig beperkt zij n. De prij swordt bovendien nog negatief be?n-vloed doordat bij het afzeven van de(grind)fractie 4-32 mm, de (zand)fractie0-4 mm overblijft, die op dit momentnauwelijks een toepassings-mogelijkheid heeft en daarom in demeeste gevallen wordt gestort. De stort-kosten worden verrekend in de ver-koopprijs van de fractie 4-32 mm.De fractie 0-4 mm bedraagt circa 40%van de totale hoeveelheid granulaten,zodat dit probleem niet onderschat magworden.Cement 1991 nr. 5 43WGRINDVERVANGENDTOESLAGMATERIAALDaarbij komt nog dat in de wegenbouwmenggranulaten kunnen worden afge-zet, terwijl in de betonmortel- en beton-warenindustrie vooral grote belangstel-ling bestaat voor betongranulaat. Hier-op wordt door CUE. ingespeeld doornader onderzoek te doen naar het ge-bruik van menggranulaat als grof toe-slagmateriaal in beton en door het ini-ti?ren van demonstratieprojecten.Behalve dit economische knelpunt zou-den theoretisch nog enige belemmerin-gen kunnen ontstaan.Milieuhygi?nische belemmeringen bijeventueel hergebruik van de fractie 0-4mm, vanwege de relatief hoge concen-traties chloriden en sulfaten. Bij herge-bruik van de fractie 4-32 mm zijn ergeen belemmeringen van milieuhygi?-nische aard.Organisatorische belemmeringen doordatde toepassing van granulaten in de be-tonmortel- en betonwarenindustriesterk afhankelijk is van de sloopactivi-teiten in de desbetreffende regio. Hetover grote afstand transporteren kaneveneens belemmerend werken.Daar staat tegenover dat de grootstehoeveelheden bouw- en sloopafval vrij-komen in die regio die ook de grootstebouwactiviteit kent, namelijk de Rand-stad.In figuur 2 is een overzicht gegeven vande hoeveelheden bouw- en slooppuindie in de verschillende regio's beschik-baar zijn: waar gesloopt wordt, wordtsteeds meer gebouwd en waar gebouwdwordt moet vaker eerst worden ge-sloopt.Technische belemmeringen zijn er bij hetgebruik van granulaten als grof toeslag-materiaal in beton nauwelijks; dit geldtvooral wanneer het grind tot 20% doorgranulaten wordt vervangen. Extra ver-vormingen van betonconstructies,waarmee in het geval van hogere per-centages vervanging en indien de door-buiging maatgevend is, wel moet wor-den gerekend, zijn dan te verwaarlozen.Geconstateerd is verder dat de vorst-dooi- en vorstdooizoutbestandheid vangranulaatbeton lager is dan die vangrindbeton; dit geldt vooral bij het ge-bruik van metselwerkgranulaat. Hier-mee moet rekening worden gehoudenbij het gebruik van granulaatbeton inbepaalde toepassingsgebieden.Beperkingen vanuit technisch oogpuntzijn er verder ten aanzien van de granu-laten die worden gebruikt voor de pro-duktie van sommige typen betonwaren.In verband met eisen die aan kleur en af-werking van deze produkten wordengesteld, mogen de granulaten geen ne-venbestanddelen en verontreinigingenbevatten die bij andere toepassingen welzijn toegestaan.Demons tra tieproj ectenInmiddels zijn sinds 1985 een tiental de-monstratieprojecten gerealiseerd, re-sulterend in onder meer het in de be-stekken van Rijkswaterstaat voorschrij-ven van het partieel gebruik van betongranulaat.Enige grote werken waarbij deze secun-daire grondstof wordt toegepast zijn despoorwegonderdoorgangen Blanken-stijn (foto 3) en Lankhorst nabij Meppel.De gemeente Rotterdam gebruikt re-gelmatig betongranulaat ab parti?levervanging van grind bij werken waar-over zij de directie voert.De ervaringen bij alle demonstratiepro-jecten zijn zonder uitzondering positief.Op grond van de tot nu toe gerealiseerdeprojecten kunnen de volgende, alge-meen geldende conclusies worden ge-trokken:1. De keuring van de granulaten leverdeover het algemeen geen problemen op.In die gevallen waarbij het granulaat deeerste keer niet kon worden goedge-keurd, betrof het de korrelverdeling. Namengen van verschillende partijen gra-nulaat werd bij een tweede keuring welaan de eis voldaan. Ook werd in een be-perkt aantal gevallen bij de keuring vanbetongranulaat net niet voldaan aan deeis met betrekking tot de nevenbestand-delen; over het algemeen blijkt dat zeermoeizaam aan deze eis kan worden vol-daan.2. Bij de verwerking van het granulaatin het beton zijn nauwelijks verschillengeconstateerd tussen het gebruik vangranulaten en grind; dit gold vooral bijparti?le vervanging van het grind.Wel is het noodzakelijk dat het granu-laat wordt voorbevochtigd of dat extraaanmaakwater wordt toegevoegd. In-dien dit niet gebeurt ontstaan niet ofnauwelijks te verwerken mengsels tengevolge van absorpie van water door hetgranulaat.Dit houdt onder meer in dat de hoeveel-heid aanhangend water en de absorptievan het granulaat moeten worden be-paald. Na uitgebreid onderzoek bij eenproj eet is geconcludeerd dat de bepalingvan het aanhangend water met de nattehanddoekmethode, zoals in NEN 3543is aangegeven, in het geval van puingra-nulaten niet voldoet. Er blij ft te veel fij materiaal aan de handdoek hangen,waardoor het bepalen van de absorptie-waarde te veel wordt be?nvloedJDe ver-44 Cement 1991 nr. 5Tabel 1Gemeten geadsorbeerd (aanhangend)en geabsorbeerd vocht bij drie partij-keuringen granulatenTabel 2Consistentie op de centrale en op de bouwplaats van betonwaarbij verschillende percentages grind zijn vervangendoor granulaatpartij geadsorbeerdvocht(% m/m)geabsorbeerdvocht(96 m/m)1234,02,62,03,92,0schillende bij de demonstratieprojectenbetrokken betonmortelcentrales heb-ben een eigen alternatieve methodeontwikkeld ter bepaling van het percen-tage aanhangend water.De wijze van doseren van extra water -voorbevochtigen van het granulaat ofextra water aan het mengsel toevoegen -wordt door de centrale bepaald, afhan-kelijk van het produktieproces.3. De 28-daagse druksterkten van decontrole- en verhardingskubussen vol-deden over het algemeen ruimschootsaan de gestelde eisen. Dat betekende datsterkteklassen tot 35 zonder aanpas-sing van de mengselsamenstelling zon-der problemen konden worden gehaald.Slechts bij ??n demonstratieprojectbleef de druksterkte enigszins achter.Om hogere sterkteklassen te kunnenrealiseren dient meer cement (circa 25kg/m3) te worden toegevoegd.Onderzoekprogramma projectLankhorstBij het project Lankhorst is een uitge-breid onderzoekprogramma opgezetbetreffende de sterkte- en duurzaam-heidsaspecten van beton gemaakt metverschillende percentages betongranu-laat [2].In dit project is circa 250 ton betongra-nulaat verwerkt in circa 600 m3beton,waarbij respectievelijk 0%, 20%, 40%,60%, 80% en 100% grind door het granu-laat is vervangen.Het granulaatbeton is voornamelijk in0,90 m dikke vloeren verwerkt.Samenstelling volgensbestek- 320 kg hoogovencement klasse A/m3;- D = 32 mm;- water-cementfactor 0,48;- consistentiegebied 2;- milieuklasse 3;- sterkteklasse 25;- hoeveelheid fijn materiaal, exclusieflucht door luchtbelvormer, 130 1;- luchtbelvormer 70 cm3/m3.percentage zetmaat zetmaat schudmaatgranulaat (centrale) (werk) (centrale)(mm) (mm) (mm)0 50 70 300150 120 43050 45 34020 50 35 30060 40 27550 40 28060 40 29050 50 28550 45 28560 45 29040 60 40 29060 40 290100 150 37070 95 350100 150 36095 50 34060 45 75 32045 75 32095 100 34080 155 115 400160 160 415145 140 400100 85 80 36580 85 35075 65 340?keuringHet granulaat is gekeurd conformCUR-Aanbeveling 4. Monsterneminggeschiedde door DHV op de bsbi, dusvoordat het materiaal naar de betoncen-trale werd vervoerd. Bij afname door debetonmortelcentrale is alleen een keu-ring op de korrelgradering uitgevoerd,waarbij per partij drie monsters werdengestoken.Van de drie uitgevoerde keuringen leid-de er ??n tot afkeuring van de partij: aande samenstellingseis betreffende hoofd-en nevenbestanddelen werd niet vol-daan, waarbij de aard van de verontrei-niging mede van invloed was op de be-slissing. Bij een tweede keuring was hetpercentage nevenbestanddelen net bo-ven de eis van 5%, namelijk 5,4%. Medegezien de aard van de nevenbestandde-len is besloten deze partij te accepteren.Beproevingen tijdensdevoorbereidingVan het granulaat is zowel het geadsor-beerde (aanhangende) als het geabsor-beerde vocht bepaald.Het geadsorbeerde vocht is door de be-tonmortelcentrale bepaald door middelvan meting van het massaverlies; hetmonster werd daartoe op een folie uit-gespreid en gedurende 24 uur bij circa20 ?C gedroogd.Het geabsorbeerde vocht is door middelvan droogstoken bepaald. De resultatenzijn weergegeven in tabel 1.Beproevingen tijdens de uitvoering- ZetmaatTer bepaling van een eventuele terug-gang in de verwerkbaarheid bij het be-tonstorten zijn de zetmaten zowel bij decentrale als op het werk gemeten. Hettijdsverschil bedroeg 15 ? 30 minuten.De resultaten zijn weergegeven in tabel2.Uit de resultaten van de metingen kongeen duidelijke teruggang van de zet-maat worden vastgesteld.- LuchtgehalteHet luchtgehalte van de mengsels metverschillende percentages granulaat,waarbij twee typen luchtbelvormerszijn gebruikt, is weergegeven in tabel 3.Het gemiddelde luchtgehalte voldoetCement 1991 nr. 5 45GRINDVERVANGENDTOESLAGMATERIAALaan de eis voor milieuklasse 3. Tevenswordt voldaan aan het keuringscrite-rium voor de individuele waarde vanonder- en overschrijding van de beoog-de waarde volgens de VBT 1986, art.10.4.3.- DruksterkteVan alle betonsamenstellingen zijn con-trolekubussen gemaakt, waarvan de28-daagse sterkten zijn weergegeven intabel 4. Zelfs bij een volledige vervan-ging van grind door betongranulaat isaan de eis voor 25 voldaan.- Vorstdooi(zout)bestandheidTenslotte zijn de vorstdooizout- envorstdooibestandheid, alsmede de wa-terindringing van grind- en granulaat-beton bepaald aan de hand van kernendie uit het werk of uit speciaal daartoegestorte 'kubussen' van 1 m3zijn ge-boord.De vorstdooizoutbestandheid is bepaaldvolgens RILEM-aanbeveling CDC 2, devorstdooibestandheid eveneens, waarbijin plaats van een zoutoplossing leiding-water als medium is gebruikt.Van de beproefde cilinders is het massa-verlies, de aantastingsdiepte en het per-centage beschadigd oppervlak na 10,20en 25 vorstdooizout- of vorstdooicyclibepaald.De beproevingsresultaten betreffendehet (cumulatieve) massaverlies en de bij-behorende eisen volgens RUJEM CDC 2voor beton met lage weerstand (LW) enhoge weerstand (HW) tegen vorst-dooi-zout, zijn weergegeven in de tabellen 5en 6.De volgende conclusies kunnen wordengetrokken:- vorstdooizoutbestandheid:zowel beton met als zonder granulaatvoldoen niet aan de eisen voor betonmet lage weerstand (LW);- vorstdooibestandheid:beton zonder granulaat voldoet nage-noeg aan de eisen voor beton met eenlage weerstand tegen vorstdooizout(RILEM kent geen criterium ten aan-zien van de vorstdooibestandheid);beton met granulaat geeft een sterkwisselend beeld te zien: de bestand-heid varieert van lage weerstand (LW)tot hoge weerstand (HW).- waterindringingde waterindringing is bepaald volgensDIN 1048; de resultaten zijn weerge-geven in figuur 4. Er blijkt geen duide-lijk verschil te bestaan tussen de wate-rindringdiepte bij beton met en zon-der granulaat.Tabel 3Luchtgehalte van beton waarbij verschillende percentages grind zijn vervangendoor granulaatluchtbel-vormerpercentagegranulaathoogste luchtpercentageidd ldlaagste standaard-afwijkingaantalCretobel 0 5,4 4,7 4,1 0,75 420 4,1 4,0 3,9 0,06 840 3,9 3,6 3,1 0,22 1460 3,8 3,7 3,6 0,10 380 3,7 3,6 3,4 0,15 3100 3,7 3,6 3,4 0,15 3Addiment 0 3,8 3,5 3,1 0,35 360 4,0 3,5 3,2 0,29 6Tabel 4Druksterkten van controlekubussen na 28 dagen verharding van beton waarbijverschillende percentages grind zijn vervangen door granulaatpercentagegranulaatgemiddeldewaarde(N/mm2)standaard-afwijking(N/mm2)aantal gemiddeldew.c.f.0 35,9 2,8 3 0,470 41,7 3,3 12 0,4620 43,7 3,1 12 0,4740 35,8 1,9 12 0,4940 45,8 -- 2* 0,5340 40,3 2,5 24 0,4860 43,6 2,8 2 0,5080 40,8 0,6 2 0,54100 43,9 1,4 3 0,54* 2 monsters uit ??n mixerlading.Tabel 5Vorst-dooizoutbestandheid van beton waarbij verschillende percentages grind zijnvervangen door granulaat. Massaverlies (cumulatief) in mg/mm2vanoorspronkelijk oppervlak, beproevingsvloeistof 3% zoutoplossingpercentagegranulaataantal 10Xcyclis20Xcyclis25 cycliX S0 9/6 3,87 2,24 6,43 1,80 6,85 1,8220 6/3 3,52 1,73 5,80 0,61 6,07 0,6840 3 3,37 0,25 4,57 0,29 5,00 0,3560 3 2,43 0,50 2,93 0,67 3,37 0,6080 3 3,90 0,26 5,13 0,31 5,70 0,50100 3 3,80 0,20 5,30 0,20 5,83 0,31LW 0,5 1,5 3,0HW 0,2 0,3 0,5Tabel 6Vorst-dooibestandheid van beton waarbij verschillende percentages grind zijnvervangen door granulaat. Massaverlies (cumulatief) in mg/mm2vanoorspronkelijk oppervlak, beproevingsvloeistof leidingwaterpercentagegranulaataantal 10Xcyclis20Xcyclis25 cycli s0 6 0,32 0,44 1,42 0,96 1,78 1,2220 3 1,70 0,30 2,77 0,35 3,03 0,3840 3 0,05 0,02 1,29 2,10 1,42 2,0860 3 0,02 0,02 0,02 0,02 0,03 0,0280 3 0,06 0,03 2,59 3,09 3,17 3,01100 3 0,06 0,06 1,11 1,70 1,78 1,21LW 0,5 1,5 3,0HW 0,2 0,3 0,546 Cement 1991 nr. 5Toekomstige ontwikkelingenHet aanbod van granulaten zal in de toe-komst toenemen: enerzijds doordat ersteeds meer sloopafval beschikbaarkomt (er wordt steeds meer gesloopt),anderzijds doordat steeds minder mate-riaal wordt gestort of als ophoog- ofaanvulmateriaal wordt gebruikt, ondermeer door een stringenter stortbeleidvanuit de overheid.Door betere scheidingstechnieken bij debsbi's zal het mogelijk worden groterehoeveelheden granulaten te producerenbij een gelijkblijvende aanvoer.De ontwikkeling van de hoeveelhedenbouw- en slooppuin van 1990 tot 2010 isweergegeven in figuur 5.Door betere scheidingstechnieken op desloopplaats en bij de bsbi's, door verdoorgevoerde selectieve sloop- entransportmethoden en door mogelijknieuwe constructiewij zen en bouwkun-dige detailleringen die een optimalescheiding van materialen bevorderen,zal niet alleen de kwantiteit maar ook dekwaliteitvan het bouw- en slooppuin endaarmee van de granulaten wordenbevorderd.Het uiteindelijke toepassingsgebied vande granulaten, met als keuzemogelijk-heid de wegenbouw of de betonmortel-en de betonwarenindustrie, zal tennauwste samenhangen met de prijsont-wikkeling van enerzij ds het granulaat enanderzijds die van de primaire grond-stoffen die door het granulaat kunnenworden vervangen.In [3] is aan de hand van een drietal sce-nario's een schatting gemaakt van dehoeveelheden bouw- en slooppuin dieworden hergebruikt en de toepassings-gebieden. De drie scenario's betreffen:a. de huidige situatie, alsmede de trenddie er is ten aanzien van het herge-bruik van secundaire grondstoffen;b. een hergebruiksvriendelijk scenario;c. de invloed van het Bouwstoffenbe-sluit Bodembescherming op het her-gebruik.Het Bouwstoffenbesluit heeft naar ver-wachting nauwelijks invloed op het ge-bruik van granulaten als grof toeslag-materiaal in beton. Indien dit Bouw-stoffenbesluit van invloed is op het ge-bruik van granulaten in de wegenbouw,in die zin dat het gebruik wordt beperktof dat aanvullende voorzieningen moe-ten worden getroffen die kostenverho-gend werken, komt dit ten goede aan hethergebruik van granulaat als grindver-vangend materiaal in beton.Opgemerkt wordt dat de definitieveversie van het Bouwstoffenbesluit nogniet is gepubliceerd en dat het boven-staande is gebaseerd op de concept-voorontwerpversie 1989.Conclusie1. Een grootschalige introductie vangranulaten als grindvervangend mate-riaal in beton is mogelijk omdat:- er ook op lange termijn voldoendegranulaten beschikbaar zijn om eensubstantieel deel van de grindbehoeftete kunnen dekken;- er geen of nauwelijks milieuhygi?ni-sche, organisatorische en technischebelemmeringen zijn.2. De prijsontwikkeling) van het gra-nulaat en van de grondstoffen die doorgranulaten worden vervangen zal echtervan grote invloed zijn op de vraag of eenverschuiving gaat optreden van het hui-dige toepassingsgebied van granulaten,de wegenbouw, naar een hoogwaardi-ger toepassing, de parti?le vervangingvan grind in beton.Verwacht wordt dat in de nabije toe-komst vooral menggranulaten alsgrindvervangend materiaal gebruiktzullen gaan worden.3. Nader onderzoek naar de vorstdooi-en vorstdooizoutbestandheid van gra-nulaatbeton, het opstellen van een aan-beveling menggranulaten, alsmede hetiniti?ren van demonstratieprojectenzijn nodig ter bevordering van de toe-passing van deze granulaten.Literatuur1. Kwantitatieve inventarisatie gebruikvan secundaire grondstoffen. DHVRaadgevend IngenieursbureauBV/Broers & Partners, Amersfoort,1984.2. Van Weesep, H.J., Demonstratiepro-ject betongranulaatbeton te Lankhorstbij Meppel. DHV Raadgevend Inge-nieursbureau BV, Amersfoort, 1989.3. Van Hulst, J.GA.J.H.M. van Stralenen L.H.A.M. van Ruiten, Evaluatie enactualisatie kwantitatieve inventarisatiegebruik van secundaire grondstoffen.DHV Raadgevend IngenieursbureauBV/Van Ruiten Adviesbureau, Amers-foort, 1990.Cement 1991 nr. 5 47