Beton kan net zo goed presteren als driekwart van de inhoud is gerecycled, een team heeft gevonden.

Beton is gemaakt van korrelige materialen zoals zand en steenslag - bekend als aggregaten - aan elkaar gebonden door een cementpasta. Cement heeft een hoge ecologische voetafdruk vanwege de chemie van de productie en de hoge verwerkingstemperaturen, terwijl de aggregaten een hoge 'resources footprint' hebben omdat ze uit eindige natuurlijke bronnen komen. Nu de wereldwijde bouwpercentages tegen 2030 naar verwachting met 35% zullen stijgen, onderzoekers zoeken naar manieren om beide voetafdrukken te verkleinen door recycling of het gebruik van andere materialen.

Een team onder leiding van Italiaanse ingenieurs heeft de verwerking van sloopafval ter plaatse verfijnd en manieren getest om de resulterende stromen poeders en toeslagstoffen in vers beton te gebruiken.

"We hebben aangetoond dat het mogelijk is om verbazingwekkende percentages bouw- en sloopafval te realiseren dat is ingebed in onze prefab betonelementen, " zei Dr. Anna Paraboschi, een civiel ingenieur bij RINA, een industrieel adviesbureau, en coördinator van het project, VEEP.

Eerder onderzoek door leden van het consortium - het Spaanse R&D-bedrijf Tecnalia en de Universiteit van Delft in Nederland - had uitgewezen dat het mogelijk zou zijn om de grenzen van oud beton dat in nieuw wordt gebruikt te verleggen, dus VEEP heeft hierop op grote schaal voortgebouwd, voegt ze eraan toe.

Hoewel bouw- en sloopafval vaak wordt gerecycled tot aggregaten voor gebruik als wegdek of als opvulling na opgravingen, een grote hoeveelheid van de 850 miljoen ton die jaarlijks in Europa wordt geproduceerd, gaat nog steeds naar de vuilstort.

Recycling van bouw- en sloopafval is in heel Europa toegenomen, waarbij de meeste landen een doelstelling van 70% recyclingpercentages voor 2020 bereiken. Echter, velen hebben dit gedaan door het gebruik ervan in wegen en opvullingen te vergroten, terwijl andere mogelijkheden, zoals het opnieuw in beton gebruiken, onaangeroerd blijven.

De meest gebruikelijke eerste stappen bij het recyclen van het afval zijn het verpletteren en, indien nodig, voer het gebroken materiaal door een magnetische scheider om eventueel wapeningsstaal te verwijderen.

Het VEEP-team wilde verder gaan en alleen het gesloopte beton extraheren, in verschillende fracties. Ze hebben het overgeheveld door een machine die ze hebben ontwikkeld die de waterbindingen in het beton verbreekt, het creëren van schoon grof aggregaat en fijnere deeltjes. De laatste werden vervolgens door hun tweede machine geleid waar ze werden verwarmd om vocht te verwijderen en verontreinigingen zoals hout en plastic te verbranden. Uit dit tweede proces kwamen twee schone stromen:een fijn poeder en een fijn aggregaat.

Het poeder kan tot een tiende van het cement in beton vervangen, zegt Dr. Paraboschi. De fijne en grove toeslagstoffen kunnen zand en grind bijna volledig vervangen.

Het is in wezen beton afbreken en weer in elkaar zetten.

Duurzaamheid

Het is van cruciaal belang dat beton consistent goed presteert op tests zoals sterkte en duurzaamheid, en zorgen hierover hebben het percentage gerecycled materiaal dat kan worden gebruikt, beperkt, met limieten die van land tot land verschillen. Het team ontdekte dat hun concrete, ondanks dat het 75% gerecyclede materialen bevat, mechanisch goed presteerden en op andere criteria zoals duurzaamheid en wateropname. Met 5% van het cement vervangen door gerecycled betonpoeder, de eigenschappen ervan werden zelfs verbeterd, en de onderzoekers hopen het aandeel te verhogen tot 10%.

Het materiaal is gebruikt om structurele en niet-structurele panelen te maken voor gebruik bij het renoveren van gebouwen, die meer dan de helft van de bouwactiviteit in heel Europa vertegenwoordigt. Ze hebben ook een uitlaatklep gevonden voor het afval bij een Frans bedrijf, Key Aerogel, die aerogel thermische isolatie van silica maakt. Het bedrijf heeft ontdekt dat het zijn isolatie tegen ongeveer de helft van de kosten kan produceren door silica uit het afvalbeton te halen in plaats van nieuw silica te verkrijgen.

Nu hebben ze het concept bewezen, het team heeft financiering voor een ander project genaamd ICEBERG om het proces verder te ontwikkelen, bijvoorbeeld het versnellen van de tweede fase van het proces - dat momenteel slechts kan werken met drie ton per uur vergeleken met 50 ton per uur voor de eerste - en het ontwikkelen van kwaliteitsborging.

De droom is om een ​​wereld te hebben waar je het gebruik van maagdelijke grondstoffen en betonresten eeuwenlang in de bouwcyclus kunt beperken, zegt Dr. Paraboschi.

Helemaal afzien van vers beton is het doel van een team dat sloopafval probeert te recyclen tot nieuwe bouwmaterialen. In dit geval zijn ze erin geslaagd om gevelpanelen te maken die gebouwen beschermen tegen extreme temperaturen, en stralingsplafondpanelen voor interne verwarming.

De groep, geleid door wetenschappers van de Italiaanse Nationale Onderzoeksraad, wendde zich tot geopolymeercement, een materiaal dat voor het eerst werd ontwikkeld in de jaren zeventig, die sinds de jaren negentig nieuwe belangstelling heeft gewekt vanwege de toenemende bezorgdheid over de energetische voetafdruk van het veelgebruikte Portland-cement.

geëxperimenteerd

De wetenschappers, in een project genaamd InnoWEE, hebben geëxperimenteerd met verschillende combinaties van sloopafval, ontdekken dat ze verschillende mengsels van gerecycled beton konden inbedden, mortel en baksteen in het geopolymeer om panelen te maken die net zo goed presteerden als cementpanelen voor ongeveer dezelfde kosten.

Het gerecyclede afval maakte de helft van het gewicht van de panelen uit en de panelen bleven robuust, zelfs wanneer de verhoudingen van de verschillende afvalmaterialen veranderden. "Dit is een pluspunt, want bij echte sloop kan men de verhoudingen van beton niet precies controleren, bakstenen enzovoort, " zei dr. Adriana Bernardi, project coördinator.

Hun stralingspanelen, vooral, goed gewerkt, volgens Dr. Bernardi. Voorzien van dunne leidingen die warm of koud water kunnen geleiden, stralingspanelen worden gebruikt in plafonds voor verwarming of koeling. Het geopolymeermateriaal was goed in het geleiden van warmte, dus het werkte goed in deze toepassing.

"Het basisidee van het project was niet alleen om een ​​alternatief voor cement te bestuderen, en een alternatief voor het gebruik van gerecyclede aggregaten, maar ook om iets voor te stellen dat de energie-efficiëntie van gebouwen zou kunnen verbeteren, " zei onderzoeker Dr. Matteo Panizza.

"Het is (de) circulaire economie en (de) groene economie:laten we recyclen, laten we recyclen met iets dat duurzamer is dan portlandcement, en laten we de producten gebruiken om het energieverbruik van gebouwen te verminderen."

"We hebben eindelijk een materiaal gerealiseerd dat competitief is, maar alle groene aspecten heeft die we wilden hebben, " zei dr. Bernardi.

Er is nog een lange weg te gaan voordat een dergelijke innovatie kan worden gebruikt voor gebouwen, echter. Het project veranderde een materiaal - het geopolymeer ingebed in gerecycled afval - dat in het laboratorium presteerde, in een materiaal dat tests op experimentele gebouwen in het veld doorstond.

Maar geopolymeren zijn in sommige landen nog niet toegestaan ​​volgens de bouwregelgeving, zoals Italië, vanwege een gebrek aan ondersteunende normen.

Het gebruik van gerecycled beton als toeslagmateriaal in vers beton is in heel Europa al toegestaan, maar met wisselende voorzichtigheid, weerspiegeld in maximale percentages die kunnen variëren van nul tot 50%, afhankelijk van de bouwvoorschriften van de afzonderlijke landen. Uit een levenscyclusanalyse van de European Cement Research Academy, gepubliceerd in 2015 bleek dat de vraag of gebroken beton naar wegbeddingen moet worden gestuurd, of om het te upcyclen in nieuw beton, hangt af van factoren zoals transportafstanden, de energie die nodig is om het oude beton te verwerken, en hoeveel natuurlijk grind er in de buurt beschikbaar is.

Maar beide projecten hebben levenscyclusanalyses uitgevoerd die volgens hen aantonen dat hun producten een lagere CO2-voetafdruk hebben dan traditioneel beton. Door het afval ter plaatse te verwerken met draagbare machines, zegt dr. Paraboschi, VEEP minimaliseert transportkosten. In de tussentijd, zegt dr. Bernardi, 'geopolymeer heeft zeer weinig energie nodig'.