20/02/2015
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
1
20/02/2015
Hoogwaardige toepassingen?
Prefab beton Architectonisch beton
SCC HPC …
?
Wegenisbeton Structureel beton …. Fundering Onderfundering …
Toekomst? • Fietspaden o o o o o o
Verpompbaar beton 100% mengpuin 40 Mpa Levensduur +15j 2000-2002 Project Recycle
4
2
20/02/2015
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
3
20/02/2015
Overzicht enkele projecten/onderzoeken • Doorgedreven selectief slopen o
Recybet
• Sorteren met behulp van sensoren 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
4
20/02/2015
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
5
20/02/2015
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
6
20/02/2015
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
7
20/02/2015
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
8
20/02/2015
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
9
20/02/2015
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 A li ti
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
10
20/02/2015
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
11
20/02/2015
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
12
20/02/2015
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
13
20/02/2015
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
14
20/02/2015
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
15
20/02/2015
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.
16
20/02/2015
Simulatie mechanische processen op laboschaal
33
Resultaten mechanische behandeling
34
17
20/02/2015
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
18
20/02/2015
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
19
20/02/2015
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
20
20/02/2015
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
21
