PowerPoint-presentatie - Lirias

Procesinnovatie - een
overzicht van nieuwe
scheidingstechnieken & beter
ketenbeheer
Miquel Joseph - KU Leuven – Recycon
[email protected]
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
2
Hoogwaardige toepassingen?
Prefab beton
Architectonisch
beton
Wegenisbeton
Structureel beton
….
Fundering
Onderfundering
…
SCC
HPC
…
?
Toekomst?
• Fietspaden
o
o
o
o
o
o
Verpompbaar beton
100% mengpuin
40 Mpa
Levensduur +15j
2000-2002
Project Recycle
4
Voorwaarden hoogwaardige toepassingen
1. Hoogwaardige granulaten
Verontreiniging
2. Waterabsorptie
3. Variatie of heterogeniteit
2. Opbouw wetenschappelijke en industriële kennis
3. Creëren van een markt met voldoende mogelijkheden
1. Vertrouwen bij de klanten
2. Mogelijkheid tot keuring
3. Opname in de bestekken
4. Alternatieven voor de “minderwaardige” toepassingen
1.
5
Hoe komen we aan hoogwaardige
granulaten?
• Op de werf
Sloopinventaris?
• In een sorteerinstallatie
• Bij de breekinstallatie
o
6
Overzicht enkele projecten/onderzoeken
• Doorgedreven selectief slopen
Recybet
Sorteren met behulp van sensoren
o Kleurscheiding, UV/VIS-spectroscopie, Microgolf-behandeling en
temperatuurmeting, NIR of near infrared
Alternatieve breektechnieken en zeeftechnieken
o C2CA ADR-technologie, slim breken
Modificatie granulaten
o Microgolf behandeling, Mechanische behandeling, impregnatie
Omgaan met de verschillen
o Voorbevochtiging granulaten, equivalente mortel hoeveelheid
o
•
•
•
•
7
Recybet
Recybet
• Recybet is een Buildchem-project, dat als doel heeft de
materialenkringloop bij de productie van prefabbetonproducten 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.
9
Op de werf
• Recybet
o
Eerste demonstratie gescheiden bij sloop
1.
2.
3.
4.
5.
6.
o
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
10
Bij het sorteren
• Recybet
o
Tweede demonstratie gescheiden na aanvoer
breekcentrale
• Sloop industriële site
• Woningsloop
• Wegenisbeton
o
Controle granulaten
• Dichtheid en waterabsorptie
• LA en MD
• Korrelverdeling en korrelvorm
11
Op basis van werkelijke druksterkte
• Onderzoek KU Leuven eindwerk + labtesten
o
Beton van 4 verschillende kwaliteiten
•
•
•
•
o
50 Mpa
45 Mpa
40 Mpa
35 Mpa
Controle granulaten
• Dichtheid en waterabsorptie
• LA en MD
• Korrelverdeling en korrelvorm
12
Recybet
• Voorlopige resultaten:
o
o
Waterabsorptie tussen de 6,5% en 1%
3 categorieën merkbaar
• Belangrijkste factor? Originele druksterkte of W/C-factor
• Wat met zwakke cementgebonden producten?
o
o
o
Zandcement funderingen
Dekvloeren
…
13
Sorteren met behulp van
sensoren
Sorteren met behulp van sensoren
15
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
16
Scheiding op kleur
17
http://www.ircow.eu/media/docs/presentatie_VITO_at_FPRGCASO%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.
18
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)
19
Johannes Hofer: Luminescence-and Reflection Spectroscopy of
Industrially Relevant Minerals for Automatic Sensor Based Sorting
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.
20
Microgolf-behandeling en temperatuurmeting
21
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.
22
Resultaat NIR
•
•
•
•
Daling van de X-fractie
Daling hoeveelheid organisch materiaal
Daling hoeveelheid gips en sulfaten
Daling uitloging sulfaten in de kolomtest
23
http://www.ircow.eu/media/docs/presentatie_VITO_at_FPRGCASO%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.
25
Smart Crusher – Slim Breken
http://www.scc-oss.nl/
26
C2CA - ADR
27
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.
28
http://www.iswa.org/uploads/tx_iswaknowledgebase/paper34.pdf
http://www.technologywatch.be/index.cfm?n01=techwatch&n02=innovations&PageAction=Searc
hDetail&article_id=85
ADR technologie
• Voorbeeldopstelling: Inashco
o
o
o
Doel recuperatie metaal uit bodemassen
Pilootproject sinds oktober 2010
425.000 ton as per jaar
29
http://www.waste-management-world.com/articles/print/volume11/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.
31
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.
32
K. J. Schenk, „Seperating device”. Nederland Patent WO
2011/142663 A1, 11 mei 2010.
Simulatie mechanische processen op
laboschaal
33
Resultaten mechanische behandeling
34
Impregnatie door polymeren
35
Valerie Spaeth: Improvement of recycled concrete aggregate
properties by polymer treatments
Impregnatie door silica fumes
• Mengsel 10l water + 1kg silica fumes
36
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
o
o
o
o
Chloridenindringing
Druksterkte
Waterabsorptie
Weerstand tegen vorst
38
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
o Curve Newton
• Ideale hoeveelheid voorbevochtiging
o ssd, 90%, overbevochtigd, …
o
39
Dayalan J: Internal Curing of Concrete Using Prewetted Light Weight
Aggregates
Equivalente mortelhoeveelheid
• Zelfde totale hoeveelheid verharde mortel
• Lagere hoeveelheid verse mortel
o
o
o
Verlaging verwerkbaarheid
Zelfde druksterkte
Zelfde E-modulus
40
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
…
41
Dank u !
42