Preadviescommissie CUR PB24*Hergebruik van cementslibals vulstof in beton*De commissie bestaat uit de heren:ir.W.Colenbrander, voorzittering.M.A.J.Huysmansing.C.Souwerbrening.J. de Jong, secretaris**Tussen haakjes geplaatste cijfers verwijzennaar de literatuur1. InleidingHet dagelijks, na be?indiging van de produktie, reinigen van meng- en transportapparatuur inbetonwaren- en betonmortelfabrieken, levert afvalstoffen op die bestaan uit een mengsel vanspoelwater, slibachtige bestanddelen en toeslagmateriaal. De aard en de hoeveelheden hiervanzijn in het algemeen afhankelijk van de individuele bedrijfsomstandigheden; speciaal in debetonmortelindustrie kunnen retourvrachten per bedrijf het min of meer vaste 'afvalstoffen-patroon' sterk verstoren.Naast de in hoofdzaak technische problemen die tot op heden met het afvoeren van deze stoffensamenhingen - in bezinkbakken werden de spoelresten globaal gescheiden in vloeibare envaste componenten en vervolgens naar diverse bestemmingen afgevoerd - zijn het nu en in denaaste toekomst vooral de maatschappelijke en economische factoren die bij dit onderwerp deaandacht vragen.De zorg voor het milieu heeft geleid tot een wetgeving die zich bezighoudt met de verontreinigingvan water en bodem, waarvan het kenmerk is dat stelsels van vergunningen en heffingen hetverantwoord lozen van afvalstoffen reguleren. De gevolgen hiervan zijn in bepaalde regio's vanons land reeds duidelijk te merken. In sommige gevallen weigeren beheersinstanties de lozingvan afvalstoffen uit de betonmortelindustrie; daarnaast zijn gevallen bekend waarbij lozingweliswaar wordt toegelaten, zij het tegen relatief hoge kosten.De Vereniging van Betonmortelfabrikanten in Nederland (VBN) houdt zich al geruime tijd metdit vraagstuk bezig. In haar rapport 'De betonmortelindustrie en de milieuverontreiniging', uit-gebracht in 1975, wordt in dit verband ten aanzien van de afvalstoffen de kringloopgedachte terdiscussie gesteld. Voorwaarde bij het hergebruik van de genoemde afvalstoffen is dat hetmogelijk moet zijn om de aanwezige componenten zodanig te scheiden, dat hergebruik volgensgedefinieerde procedures kan verlopen. Ten aanzien van de toeslagmaterialen en het uit debezinkbakken afkomstige spoelwater kan gesteld worden dat hergebruik geen problemen geeft,tenzij er voor het beton of voor het staal schadelijke verontreinigingen in aanwezig zijn. Mindereenvoudig is de situatie voor de derde component die bij de voorbewerking van de afvalstoffenvoor recycling ontstaat, het zogenaamde cementslib.Cementslib is een slikachtige massa waarvan het watergehalte afhankelijk is van een aantalnader te noemen factoren; de vaste bestanddelen bestaan in hoofdzaak uit cementdeeltjes enverder uit de fijnste deeltjes van het toeslagmateriaal. In hoeverre cementslib, uitgaande van dekringloopgedachte, als toevoeging aan betonspecie kan worden gebruikt, moet door onderzoekworden nagegaan.Contacten tussen VBN en CUR omtrent dit probleem hebben ertoe geleid dat de CUR op1 oktober 1976 de preadviescommissie PB 24 'Hergebruik van cementslib als vulstof in beton'heeft ingesteld. De taakomschrijving luidde als volgt:'Het uitbrengen van een preadvies met betrekking tot de gevolgen van het toevoegen vancementslib aan betonspecie. Het preadvies dat gebaseerd zal moeten worden op literatuur-onderzoek en een verdere inventarisatie van gegevens en ervaring op dit gebied, zal tevensmoeten aangeven in hoeverre praktisch gericht onderzoek noodzakelijk is, alsmede de bedragenen de tijdsduur die hiermee gemoeid zullen zijn.'2. LiteratuuronderzoekIn de literatuuropgave aan het eind van dit artikel worden de bronnen vermeld die bij het onder-zoek zijn geraadpleegd.Samenstelling cementslibDe verhouding vaste stof : water is een variabele; van invloed zijn de gebruikte uitspoelappa-ratuur, de hoeveelheid uitgespoelde betonspecie en de voorbehandeling om het cementslibgeschikt te maken voor transport. Vermelde cijfers in de literatuur betreffende het gehalte aanvaste stof: 20% (11)**, 50% (12) en 44% (13).Het grootste gedeelte van de vaste stof bestaat uit geheel of gedeeltelijk gehydrateerd cement;de rest - (11) noemt 30% - bestaat uit toeslagmateriaal.Cement XXIX (1977) nr. 8 357De mate van hydratatie van de cementdeeltjes hangt af van de ouderdom van het cementslib.Volledige hydratatie wordt bereikt na 3 ? 4 dagen.In (11) is aandacht besteed aan enkele fysische eigenschappen van het vaste bestanddeel uithet cementslib; de onderzochte kenmerken zijn daarbij vergeleken met de overeenkomstigewaarden van portlandcement.cementslib portlandcementblaine-getal 8000 cm2/g 3800-4000 cm2/gvolumieke massa 2,40 3,15waterbehoefte normale consistentie 80% ca. 26%Aanduiden van de hoeveelheid cementslibIn de geraadpleegde literatuur bestaat ten aanzien hiervan geen uniformiteit. In (11) wordt uit-gegaan van de hoeveelheid droge stof, uitgedrukt in procenten ten opzichte van het cement-gewicht, terwijl (12) spreekt over het percentage droge stof ten opzichte van het gewicht aantoeslagmaterialen. (13) geeft de dosering aan als de hoeveelheid nat cementslib in procentenvan het cementgewicht.De commissie is van mening dat uniformiteit hier noodzakelijk is. In dit preadvies wordt verderde volgende procedure aangehouden:de hoeveelheid cementslib die aan een betonmengsel wordt toegevoegd, wordt berekend uithet gewicht van de in deze slib aanwezige hoeveelheid droge stof. De dosering voor cementslibwordt uitgedrukt in procenten van het gewicht aan toeslagmateriaal in het desbetreffende beton-mengsel.In de literatuur beschreven onderzoek en resultatenHet in (11 ) vermelde onderzoek is in eerste instantie gericht geweest op de vraag of cementslibeen vervangend materiaal voor cement zou kunnen zijn. Hiertoe zijn proeven genomen metzand-cementmortels. Onderzocht is daarbij de invloed van het gedeeltelijk vervangen vancement door cementslib op de druksterkte, de uitdrogingskrimp en de sulfaatbestandheid.Ten aanzien van deze eigenschappen was de conclusie dat het vervangen van maximaal 5%van het cement door cementslib mogelijk was, waarbij wel werd geconstateerd dat de verwerk-baarheid minder werd en de binding enigszins vertaagd.Vervolgens wordt in (11) nagegaan wat de invloed is van de toevoeging van cementslib als vul-stof aan beton; de onderzoeken beschreven in (12) en (13) houden zich uitsluitend met ditonderwerp bezig.Betonsamenstellingenliteratuur nr. 11 11 12 12 13 13cement in kg/m3300 420 283 305 320 360cementsoort PC PC PC HOC HOC HOCwater-cementfactor 0,65 0,48 0,69 0,56 0,53 0,48nominale korrel in mm - - 31,5 31,5 31,5 31,51 1 0,5 0,5 0,4 0,42 2 - - 0,8 0,9hoeveelheid cementslib in %t.o.v. het toeslagmateriaal- - - - 1,2 1,3WaterbehoefteIn alle gevallen wordt geconstateerd dat toevoeging van cementslib de waterbehoefte in debetonmengsels doet toenemen. Bij de onderzoekingen volgens (11) en (13) is ernaar gestreefd1 om in alle mengsels de zetmaat constant te houden. Bij (12) heeft men de hoeveelheid waterVerband tussen waterbehoefte en hoeveel- constant gehouden en geconstateerd dat de consistentie - in dit geval de Ausbreitmass volgensheid cementslib; onderzoek IBBC-TNO (13) DIN 1084 - lager wordt.Voor elke 0,5% toevoeging van cementslib neemt de waterbehoefte toe met ongeveer 5%fig-1).LuchtgehalteDe bij alle onderzoekingen gevonden waarden voor het luchtgehalte en de volumieke massavan de betonspecie wijken niet significant af van de waarden die op de blanco-betonspeciebetrekking hebben.DruksterkteIn verband met het feit dat de methodiek en de omvang van het bepalen van de druksterkte niet?n elk onderzoek gedetailleerd is beschreven, is bij de vergelijking van de resultaten enigeterughoudendheid geboden. Wel is het mogelijk om een bepaalde tendens te signaleren die hetCement XXIX (1977) nr. 8 3582Samenvatting van de in de literatuur vermeldegegevens omtrent de invloed van de toe-voeging van cementslib op de druksterktevan betongevolg is van de toevoeging van cementslib aan beton; in het algemeen moet rekening wordengehouden met een daling van de druksterkte. De mate waarin dit gebeurt, kan worden gesteldop ca. 10% per 1% cementslibtoevoeging (fig. 2). Hierbij kan worden opgemerkt dat er aanlei-ding is om te veronderstellen dat deze daling groter wordt naarmate het cementgehalte stijgt.In het in (12) beschreven onderzoek is getracht om na te gaan of er ten aanzien van de invloedop de druksterkte verschillen kunnen optreden afhankelijk van de cementsaort. Met name heeftmen beton gemaakt met portland- en met hoogovencement vergeleken met op laboratorium-schaal vervaardigde cementslib van portland- en hoogovencement. Geconcludeerd werd dat desamenstelling van het cementslib zelf geen invloed heeft, maar dat de resultaten voor beton metportlandcement in het algemeen wat gunstiger zijn dan die voor beton met hoogovencement.Voor de interpretatie naar Nederlandse maatstaven dient hierbij bedacht te worden dat desamenstelling van Duits hoogovencement, vooral wat betreft de verhouding slak-klinker, vaakanders is dan bij Nederlands hoogovencement.Bij de meeste auteurs zijn opmerkingen te vinden over de invloed van de ouderdom van hetcementslib op de druksterkte van beton. Dit dan in verband met de hydratatiegraad van het inhet slib aanwezige cement.KrimpDe toevoeging van cementslib heeft een nadelige invloed op de krimp van het beton. Het meestuitvoerige onderzoek hieromtrent is verricht in (13) (fig. 3).DiversenToevoeging van cementslib aan betonspecie verhoogt de kans op kalkuitslag bij beton (12).Verder vermindert de toevoeging van cementslib zowel de hoeveelheid als de snelheid vanwateruitstoting. Deze gevolgtrekking maakt (13) aan de hand van een hiertoe uitgevoerde proefvolgens ASTM C-243 (fig.4).Ervaringen uit de praktijkIn (14) wordt naast een uittreksel van het in (13) beschreven onderzoek een aantal gegevensvermeld dat betrekking heeft op praktijktoepassingen. Hoewel summier - de cijfers gevenalleen informatie over de waterbehoefte en de druksterkte - komen deze resultaten wel over-een met de in de literatuur aangegeven tendensen.3De invloed van de toevoeging van cementslibop de krimp van beton; onderzoek IBBC-TNO (13)4Invloed van de toevoeging van cementslib opde wateruitstoting van betonspecie; onder-zoek IBBC-TNO (13)3. Conclusies en aanbevelingenOp grond van het bovenvermelde komt de commissie tot de volgende conclusies:a. hergebruik van cementslib als vulstof in beton is in principe mogelijk;b. hergebruik van cementslib als vervangend materiaal voor cement is niet mogelijk;c. hergebruik van cementslib als vulstof in beton volgens klasse II van de Voorschriften Beton VB1974 wordt niet toelaatbaar geacht;d. nader onderzoek zal moeten uitwijzen of voor beton volgens klasse I van de VB 1974, richtlijnenkunnen worden gegeven die het hergebruik van cementslib als vulstof toelaatbaar maken;3e. voor niet-constructief beton met cementgehaltes tot ca. 250 kg/m wordt een toevoeging van 1%3toelaatbaar geacht;cementslib per mf. de toe te passen hoeveelheid cementslib dient te worden berekend uit het gewicht van de hoe-veelheid droge stof; de dosering voor cementslib dient te worden uitgedrukt in procenten vanhet gewicht aan toeslagmateriaal in het desbetreffende betonmengsel.De commissie acht toepassing van cementslib in klasse I niet zonder meer verantwoord, omdatgeen inzicht bestaat omtrent de invloed van deze toevoeging op de duurzaamheid van het beton.Derhalve beveelt zij de uitvoering aan van een nader, op dit aspect gericht onderzoek.Naast de eigenschappen als waterbehoefte, sterkte en krimp, dienen te worden onderzocht: deCement XXIX (1977) nr.8 359invloed van cementslibtoevoegingen op waterindringing (c.q. waterabsorptie), carbonatatie envorstbestandheid.De samenstelling van de te onderzoeken betonmengsels moet zodanig zijn dat de volgendevariabelen in het onderzoek worden betrokken:? betonkwaliteit: 17,5 en 22,5; beide klasse I, consistentiegebied 3;? cementsoort: hoogovencement klasse A en portlandcement klasse A;? hoeveelheden cementslib: 0% - 0.5% -1,5%.LiteratuurLZimpel, 'Wasserrechtliche und abwassertechnische Probleme der Transportbetonindustrie';Bauwirtschaft 1973, Heft 38.2. Bennett, 'The functional design of the ready-mixed concrete plant'; Quarry management andproducts, juni 1976.3. 'Waschanlagen f?r Fahrmischer sparen Wasser, Zeit und Kanalgeb?hren'; Das Baugewerbe1974, No. 16.4. 'Neue Anlage zur Industriewasser- und Feststoffseparierung nach dem Baukastenprinzip';Betonwerk + Fertigteiltechnik 1976, Heft 4.5. Krahl, 'Abwasser im Transportbetonwerk'; Das Baugewerbe 1974, No. 16.6. Theiner, 'Erh?hte Wirtschaftlichkeit im Betonwerk durch Wasser- und Schlammrecycling';Betonwerk + Fertigteiltechnik 1976, Heft 4.7. Weber, 'Wirtschaftliche Waschwasserverwertung in Transportbetonwerken'; Referat anl?ss-lich der Tagung des Verbandes Schweizerischer Transportbetonwerke, januari 1972.8. 'Requirements for quality of Mixing Water'; memorandum to the ASTM Subcommittee 09.03.09on Ready Mixed Concrete, National Ready Mixed Concrete Association, juni 1975.9. Kishitani en Fukushi, 'Properties of concrete using recycled water from ready-mixed concreteplant'; Cement Association of Japan, Review of the 29th General Meeting, Tokio, mei 1976.10. Pistilli en Peterson, 'Properties and possible recycling of solid waste from ready-mixed con-crete'; Cement and Concrete Research 1975, volume 5.11. Lewandowski en Peterfy, 'Einfluss von Schlammzugaben auf die Betoneigenschaften'; Bau-wirtschaft 1976, Heft 27.12. 'Onderzoek naar het effect van het toevoegen van cementslib aan beton'; TNO-IBBC rapportNo. B-74-50/01-6-0082, februari 1974.13. 'De betonmortelindustrie en de milieuverontreiniging'; rapport van de Vereniging van Beton-mortelfabrikanten in Nederland, 1975.Machines voor hergebruikvan betonspecieIn het voorafgaande artikel is uitgebreid hethergebruik van cementslib aan de orde geko-men. Gesteld werd dat het terugwinnen vande andere samenstellende materialen, zand engrind+water, op eenvoudiger wijze kan plaats-vinden.Om een indruk te geven van de hoeveelhedenmateriaal die met dit terugwinnen gemoeidzijn, noemt het in 1975 verschenen VBN-rap-port 'De betonmortelindustrie en de milieu-verontreiniging', de volgende getallen (op jaar-basis): 160 000 ton grind en 100 000 ton zand.Enkele jaren geleden is door de Veghelse Be-toncentrale en Overslagbedrijf b.v. een twee-tal machines ontwikkeld waarmee restbetonen spoelresten teruggewonnen kunnen wor-den.Als eerste de betonuitspoelinrichting (BUZ 10),waarin apart worden afgescheiden:cementwater, grind en zand. Het cementwaterwordt vervolgens in het cementlijm opslag- endoseerapparaat (CD 25) gebracht dat eenscheiding aanbrengt tussen schoon water encementslib, dat in beweging wordt gehoudentot het moment waarop het materiaal opnieuwwordt gebruikt.Over de werking van de beide machines hetvolgende.Werking betonuitspoelinrichtingTruckmixers die na de laatste vracht op decentrale terugkomen, spoelen hun trommelsmet ca. 500 liter water. Na het spoelen lossenzij dit vervuilde water in de BUZ 10. Driemixers kunnen tegelijk hun spoelwater in demachine lozen.Truckmixers met restbeton kunnen door toe-voegen van extra water waarmee de beton-specie een zetmaat van ca. 160 mm wordt ge-geven, ook hun lading in de machine kwijt.Figuur 1 geeft een aanzicht van de BUZ. Hetmateriaal komt terecht in de 'verdikking' (a)die als het ware dienst doet als voorraad-buffer. De trommel wordt door middel van eenketting aangedreven. Bij (b) wordt waswateringevoerd met een druk van 4 tot 5 ato. Zodrabeton of water tegen de klep (c) loopt, wordtde waterinjectie gestuurd. Het waswater nudrijft het cementwater uit het materiaal naarde uitgang (d). Zand en grind worden door mid-del van schoepen in de trommel in de richting(e) gedreven. Ter plaatse van (f) is de binnen-trommel rondom voorzien van zeefgaas. Hetwaswater drijft het zand door deze zeef (ma-zen 5 tot 6 mm) in de buitenste trommel. Hetzand wordt bovendien door dit waswater nognagewassen. Het vervuilde water loopt via (g)uit de machine. Schoepen op de buitenmantelvan de binnentrommel brengen het zand naarde uitlaat (h). Het grind blijft in de binnenstetrommel en wordt via (i) buiten de machinegebracht.Onder de uitlaten (h) en (i) kunnen transport-banden worden geplaatst voor terugvoer naarde opslag. Opmerkelijk is dat zand en grinddermate zijn gesepareerd en gereinigd, dat zijvaak schoner zijn dan zand en grind van deopslag.Cement XXIX (1977) nr.8 360