20/02/2015

1

Procesinnovatie - een overzicht van nieuwe scheidingstechnieken & beter ketenbeheer

Miquel Joseph - KU Leuven – RecyconMiquel.joseph@kuleuven.be

Recycon

2

• RecyCon is de verzamelnaam voor de onderzoektopic "duurzame materiaalkringlopen in de bouw", kortom 'recyclage in de bouw‘

• Het wetenschappelijk onderzoek dat binnen RecyConontwikkeld 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

20/02/2015

2

Hoogwaardige toepassingen?

FunderingOnderfundering…

WegenisbetonStructureel beton….

Prefab betonArchitectonisch beton

SCCHPC…

?

Toekomst?

4

• Fietspaden o Verpompbaar betono 100% mengpuino 40 Mpao Levensduur +15jo 2000-2002o Project Recycle

20/02/2015

3

Voorwaarden hoogwaardige toepassingen

5

1. Hoogwaardige granulaten1. Verontreiniging2. Waterabsorptie3. Variatie of heterogeniteit

2. Opbouw wetenschappelijke en industriële kennis3. Creëren van een markt met voldoende mogelijkheden

1. Vertrouwen bij de klanten2. Mogelijkheid tot keuring3. Opname in de bestekken

4. Alternatieven voor de “minderwaardige” toepassingen

Hoe komen we aan hoogwaardige granulaten?

6

• Op de werfo Sloopinventaris?

• In een sorteerinstallatie• Bij de breekinstallatie

20/02/2015

4

Overzicht enkele projecten/onderzoeken

7

• Doorgedreven selectief slopeno Recybet

• Sorteren met behulp van sensoreno 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

Recybet

20/02/2015

5

Recybet

9

• Recybet is een Buildchem-project, dat als doel heeft de materialenkringloop bij de productie van prefab-betonproducten 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.

Op de werf

10

• Recybeto Eerste demonstratie gescheiden bij sloop

1. Funderingsbeton (interne kleur blauw)2. Structuurbeton zijnde gewapende balken (interne kleur grijs)3. Ongewapende vloerplaat 4. Klinkers5. Betonnen metselblokken met klassieke mortelspecie6. Arduin afval van zagerijen

o Controle granulaten• Dichtheid en waterabsorptie• LA en MD

20/02/2015

6

Bij het sorteren

11

• Recybeto Tweede demonstratie gescheiden na aanvoer

breekcentrale• Sloop industriële site• Woningsloop• Wegenisbeton

o Controle granulaten • Dichtheid en waterabsorptie• LA en MD• Korrelverdeling en korrelvorm

Op basis van werkelijke druksterkte

12

• Onderzoek KU Leuven eindwerk + labtesteno Beton van 4 verschillende kwaliteiten

• 50 Mpa• 45 Mpa• 40 Mpa• 35 Mpa

o Controle granulaten • Dichtheid en waterabsorptie• LA en MD• Korrelverdeling en korrelvorm

20/02/2015

7

Recybet

13

• Voorlopige resultaten:o Waterabsorptie tussen de 6,5% en 1%o 3 categorieën merkbaar

• Belangrijkste factor? Originele druksterkte of W/C-factor

• Wat met zwakke cementgebonden producten?o Zandcement funderingeno Dekvloereno …

Sorteren met behulp van sensoren

20/02/2015

8

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

16

• 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

20/02/2015

9

Scheiding op kleur

17

http://www.ircow.eu/media/docs/presentatie_VITO_at_FPRG-CASO%2008_05_2013.pdf

UV/VIS-spectroscopie

18

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.

20/02/2015

10

UV/VIS-spectroscopie

19

• 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)

Johannes Hofer: Luminescence-and Reflection Spectroscopy of Industrially Relevant Minerals for Automatic Sensor Based Sorting A li ti

Microgolf-behandeling en temperatuurmeting

20

• 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.

20/02/2015

11

Microgolf-behandeling en temperatuurmeting

21

Miriam Labbert: Characterization and Identification of Plastics through Microwave Treatment and Temperature Measurement

NIR of near infrared

22

• 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 steenachtigefractie.

20/02/2015

12

Resultaat NIR

23

• Daling van de X-fractie• Daling hoeveelheid organisch materiaal• Daling hoeveelheid gips en sulfaten• Daling uitloging sulfaten in de kolomtest

http://www.ircow.eu/media/docs/presentatie_VITO_at_FPRG-CASO%2008_05_2013.pdf

Alternatieve breektechnieken en zeeftechnieken

20/02/2015

13

Smart Crusher – Slim Breken

25

• 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.

Smart Crusher – Slim Breken

26

http://www.scc-oss.nl/

20/02/2015

14

C2CA - ADR

27

ADR technologie

28

• De uitdaging bij het sorteren van betonpuin zit in de fijnere fractie: de fijnstefractie (0-1 mm) is vochtig, en kleeft aan de meer zuivere ‘granulaten’ (zand &granulaten). Om deze fractie op een economische wijze te kunnen scheidenvan 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 eenstroom materiaal te scheiden op korrelgrootte en volumieke massa viakinetische energie (door de deeltjes een snelheid en richting te geven, komendeze in functie van hun gewicht en vorm op andere plaatsen terecht -vergelijkbaar met het afschieten van voorwerpen van verschillende massa envorm). De fijnste fractie bevat op dat moment de meeste originele ‘cement’-deeltjes (calcium-rijke fractie, aangevuld met silicium van het zand). Dezefractie kan vervolgens worden gemalen en als grondstof voor nieuwecementproductie worden ingezet. Dit procedé is nog in onderzoeksfase. Degrovere fracties, vrij van fijnen, zijn geschikt voor gebruik als granulaat innieuw beton. Een groot voordeel is dat het granulaat niet gewassen moetworden, en er dus geen slibresidu ontstaat.

http://www.iswa.org/uploads/tx_iswaknowledgebase/paper34.pdfhttp://www.technologywatch.be/index.cfm?n01=techwatch&n02=innovations&PageAction=SearchDetail&article id=85

20/02/2015

15

ADR technologie

29

• Voorbeeldopstelling: Inashcoo Doel recuperatie metaal uit bodemasseno Pilootproject sinds oktober 2010o 425.000 ton as per jaar

http://www.waste-management-world.com/articles/print/volume-11/issue-6/features/waste-to-energy-product-news.html

Modificatie granulaten

20/02/2015

16

Principe mortel reductie mbv microgolven

31

• Een monster van gerecycleerde betongranulaten wordt gedurende éénminuut in een microgolfoven met een constant vermogen van 10 kWgeplaatst.

• Doordat de aangehechte mortel sneller opwarmt dan de natuurlijkegranulaten, ontstaan er verschillende thermische spanningen tussende mortel en de granulaten. Hierdoor zal de aangehechte mortelafbrokkelen en in stukjes verbrijzeld worden. De natuurlijke granulatenzullen geen schade ondervinden omdat die trager opwarmen.

A. Akbarnezhad: Microwave-assisted beneficiation of recycled concrete aggregates

Principe mortel reductie mbv mechanische wrijving

32

• Een excentrische as-rotor kan gebruikt worden, waarbij twee cilindersop hoge snelheid draaien. De gerecycleerde betongranulaten wordentussen de binnen- en buitencilinder geplaatst om de aangehechtemortel te kunnen verwijderen. Door middel van een drukkend entrillend effect wrijven de granulaten over elkaar, waardoor deaangehechte mortel vergruist.

K. J. Schenk, „Seperating device”. Nederland Patent WO 2011/142663 A1, 11 mei 2010.

20/02/2015

17

Simulatie mechanische processen op laboschaal

33

Resultaten mechanische behandeling

34

20/02/2015

18

Impregnatie door polymeren

35

Valerie Spaeth: Improvement of recycled concrete aggregate properties by polymer treatments

Impregnatie door silica fumes

36

Amnon Katz: Treatments for the Improvement of Recycled Aggregate

• Mengsel 10l water + 1kg silica fumes

20/02/2015

19

Omgaan met de verschillen

Interfacial Transition Zone of ITZ

38

• Dit is de zone tussen cement en granulaten• Bij recyclagebeton toename totale hoeveelheid ITZ• Heeft een effect op enkele eigenschappen

o Chloridenindringingo Druksterkteo Waterabsorptieo Weerstand tegen vorst

Otsuki, N: Influence of Recycled Aggregate on Interfacial Transition Zone, Strength, Chloride Penetration and Carbonation of Concrete

20/02/2015

20

Voorbevochtiging granulaten

39

• Invloed op de werking hulpstoffen• Invloed op de sterkte recyclagebeton• Invloed op de duurzaamheid recyclagebeton

• Waar voorbevochtigen?o Menger, transport of stockage

• Snelheid voorbevochtigeno Curve Newton

• Ideale hoeveelheid voorbevochtigingo ssd, 90%, overbevochtigd, …

Dayalan J: Internal Curing of Concrete Using Prewetted Light Weight Aggregates

Equivalente mortelhoeveelheid

40

• Zelfde totale hoeveelheid verharde mortel• Lagere hoeveelheid verse mortel

o Verlaging verwerkbaarheido Zelfde druksterkteo Zelfde E-modulus

A.M. Knaack: Design of Normal Strength Concrete Mixtures withRecycled Concrete Aggregates

20/02/2015

21

De Techniek staat echter nooit stil …

41

• 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• …

Dank u !

42