Miljørisiko ved gjenbruk av lettere forurenset betong

Transkript

1 Miljørisiko ved gjenbruk av lettere forurenset betong Christian J. Engelsen Seniorforsker, SINTEF SINTEF Building and Infrastructure 1 Innhold Litt sement- og betongkjemi Eksempler på materialgjenvinning Miljørisiko SINTEF Building and Infrastructure 2 1

2 Hva er betong? Består av vann, sement, sand og stein + en liten andel organiske tilsetningsstoffer (< 0.15 % av normal betongvekt). SINTEF Building and Infrastructure 3 Brenning av råmel i roterovn Materialtemp: 1450 o C Gasstemp: 2000 o C SINTEF Building and Infrastructure 4 2

3 Sementklinker SINTEF Building and Infrastructure 5 Nedmales/blandes med: Gips Kalksteinsmel Flyveaske SINTEF Building and Infrastructure 6 3

4 Ferdig sement Aalborg White Norcem Standard flyveaskesement SINTEF Building and Infrastructure 7 Betongproduksjon Betongelementer Fersk betong SINTEF Building and Infrastructure 8 4

5 Typisk sammensetning i sement Oxide name, formula (short hand) Calcium Oxide, CaO (C) a Silicon Dioxide, SiO 2 (S) a Aluminum Oxide, Al 2 O 3 (A) Ferric oxide, Fe 2 O 3 (F) Sulfur Trioxide, SO 3 (Ŝ) Magnesium Oxide, MgO (M) b Sodium Oxide, Na 2 O (N) Potassium Oxide, K 2 O (K) Range % % 4-6 % 2-4 % % 1-2 % % a Mass ratio C/S 2.0, b M < 5% in clinker SINTEF Building and Infrastructure 9 Betongklasser ihht NS-EN 206:2013 Egenskap Bestandighetsklasse M90 M60 M45 MF45 M40 MF40 Minste luftinnhold % 4 4 Minste bindemiddelmengde (kg/m 3 ) Typisk bindemiddelmengde (kg/m 3 ) Sementtype Største vann-sement forhold (masseforhold) CEM I (portlandsement) 0,90 0,60 0,45 0,45 0,40 0,40 CEM II/A-S 6-20 % slagg 0,90 0,55 0,45-0,40 - CEM II/B-S % slagg 0,90 0,55 0,45 0,45 0,40 0,40 CEM II/A-V 6-20 % flygeaske 0,90 0,55 0,45 0,45 0,40 0,40 CEM II/B-V % flygeaske 0,90 0,50 0,45-0,40-1 Kun angitt for M40 og M60 SINTEF Building and Infrastructure 10 5

6 Tilsetningsstoffer til betong SINTEF Building and Infrastructure 11 Materialgjenvinning SINTEF Building and Infrastructure 12 6

7 Bruksområder for knust betong Bunden bruk: Erstatning av det naturlig tilslaget i betong med knust betong Grus og/eller grovfraksjon Prefabrikkering eller betongblandestasjoner Ubunden bruk: Erstatning av sand, pukk og stein Veibygging Grøfter Utfylling- og dekkmasser SINTEF Building and Infrastructure 13 Knust betong i forsterkningslag E6 - Taraldrud 25 km south of Oslo November 2004 SINTEF Building and Infrastructure 14 7

8 SINTEF Building and Infrastructure 15 Sørumsand high school % replacement by RCA in concrete foundation SINTEF Building and Infrastructure 16 8

9 Utprøving i sprøytebetong SINTEF Building and Infrastructure 17 Retaining wall E6 Taraldrud (built 2004) 100% replacement of coarse aggregates Oslo, May 2011 SINTEF Building and Infrastructure 9

10 Miljørisiko SINTEF Building and Infrastructure 19 SINTEF Building and Infrastructure 20 10

11 Tyske og Norske data (mg/kg) 1 Tabell 8a Gjennomsnittlig innhold av tungmetaller i portlandsement og blandingssementer Parameter VDZ a Portlandsement b (CEM I) Portland-flyveaskesement c (CEM II) Slaggsement d (CEM II/CEM III) mg/kg mg/kg Std Antall mg/kg Std Antall mg/kg Std Antall avik avik avik As 7.0 9,1 4,0 4 8,8 1,7 3 4,0 1,5 7 Cd 0.4 0,3 0,1 4 0,6 0,4 3 0,6 0,4 7 Cr Cu Hg 0,06 0,04 0,01 3 0,1 0,04 3 0,1 0,04 7 Ni ,4 7 Pb 17 18,0 5, Zn a Tyske normalsementer (VDZ, 2001), innbefatter bl. annet portlandsement (CEM I) og portland-slaggsement (CEM II). Studien innbefatter analyser av mer enn 400 sementprøver. b Data satt sammen fra Sloot et al. (2012) og Engelsen et al Analysene er på norske sementer. c Data satt sammen fra Sloot et al. (2012). Analysene er på tyske og norske sementer. Flygeaskeinnholdet varierer mellom %. d Data satt sammen fra Sloot et al. (2012). 3 prøver inneholder 29 % slagg (CEM II), dvs. omtrent det samme som portland-slaggsementen på det norske markedet. 3 prøver inneholder % slagg (CEM III). 1 Engelsen, Justnes et al 2014, Betongavfall - Bindemidler, tilsetninger og maling benyttet til betong og vurdering av utlekkingspotensiale SINTEF rapport SBF2014A0400. SINTEF Building and Infrastructure 21 Forventet innhold i betong (mg/kg) 1 Tabell 8b Forventede konsentrasjoner av tungmetaller i betong regnet ut fra innholdet i sement Parameter Konsentrasjon (mg/kg) M90-M60 M45/MF45-M40/MF40 Betongvekt (kg/m 3 ) Sementvekt (kg/m 3 ) As 0,5-1,2 0,6-1,5 Cd 0,03-0,08 0,04-0,1 Cr 4,7-16 5,6-20 Cu 2,5-8, Hg 0,005-0,01 0,01-0,02 Ni 2,4-7,3 2,9-9,1 Pb 1,9-3,1 2,3-3,9 Zn Engelsen, Justnes et al 2014, Betongavfall - Bindemidler, tilsetninger og maling benyttet til betong og vurdering av utlekkingspotensiale SINTEF rapport SBF2014A0400. SINTEF Building and Infrastructure 22 11

12 Enkelte norske data (mg/kg) 1 Substance Portland sement Knust betong Normverdier As Cd 1,9 < Cr Cu Hg < Ni Pb Sb < 2.7 < 3.3 Not issued V Not issued Zn PCB <0,035-0,19 0,01 1 CJ. Engelsen et al., Leaching characterisation and geochemical modelling of minor and trace elements released from recycled concrete aggregates, Cement and Concrete Research 40 (2010) Engelsen, Justnes et al 2012, estimering av utlekking fra betong som er forurenset med tungmetaller og PCB, SINTEF rapport SBS2011F0074. SINTEF Building and Infrastructure 23 Utlekking er mest relevant Hvorfor skal vi måle utlekking? Hvilke testmetoder skal benyttes? Hva er akseptabel utlekking? SINTEF Building and Infrastructure 24 12

13 PCB utlekking (mg/kg) Konsentrasjon (mg/kg) Prøve nummer Totalinnhold Utlekking Normverdi Deteksjonsgrense SINTEF Building and Infrastructure 25 Hva påvirker utlekkingen? Nedbørsmengde Er materialet tildekket eller ikke Temperatur: hvor lenge er det frost, fryse/tine sykluser Redoks betingelser Partikkelstørrelse Aldring på betongen ph verdi SINTEF Building and Infrastructure 26 13

14 Eksponering i bruksfasen SINTEF Building and Infrastructure 27 Eksponering i gjenbruksfasen SINTEF Building and Infrastructure 28 14

15 Knust betong i forsterkningslag E6 Taraldrud Kontrollstasjon SINTEF Building and Infrastructure 29 Akseptable verdier for knust betong til forsterkningslag under asfalt i vei 1 1 SINTEF Byggforsk anvisning Resirkulert tilslag av betong og tegl, Byggforskserien mars 2015 SINTEF Building and Infrastructure 30 15

16 Andre bruksområder Har andre akseptverdier som må beregnes case by case Toppdekke er avgjørende Høyere miljørisiko ved f. eks. tilbakefylling uten toppdekke asfalt Kan benytte utlekkingsresultater som sammelignes direkte med PNEC verdier eller EQS-verdier SINTEF Building and Infrastructure 31 Økotoksikologise data for organiske tilsetningsstoffer til betong (mg/kg) 1 Tabell 8c Økotoksikologiske data for plastiserende (P) og superplastifiserende stoffer (SP) Tilsetningstoff Type Organismer LC-50 mg/l Lignosulfonat P LC-50 Fisk (Leusciscus idus) SNF (naftalen basert) SP LC-50 Fisk SNF(naftalen basert) SP Daphnia EC SMF (melamin basert) SP LC-50 Fisk SMF (melamin basert) SP Daphnia EC-50 > PCE (polykarboksylat) SP LC-50 Fisk > Andersson (2001) 2 LC50 angitt for akvatiske arter på inngående komponenter (Sikkerhetsdatablad for Dynamon-SX-N, Mapei Målinger i labaratoriet og i felt har vist DOC på 2-15 mg/l 1 Engelsen, Justnes et al 2014, Betongavfall - Bindemidler, tilsetninger og maling benyttet til betong og vurdering av utlekkingspotensiale SINTEF rapport SBF2014A0400. SINTEF Building and Infrastructure 32 16

17 Oppsummering Betong er hovedsakelig uorganisk bestående av sement, stein og vann. Lettere forurensning av betong er hovedsaklig forårsaket ekstern tilført forurensning av enten overflatebahandling eller bruk. Miljørisikoen er liten for bruk av lettere forurenset knust betong i et forsterkningslag i veianlegg med asfalt toppdekke. Bruksområder som tilbakefylling med mindre tett toppdekke vil ha høyere miljørisiko enn bruk i vei. For sprøytebetong bør utlekking av aluminiumsaltene vurderes. SINTEF Building and Infrastructure Takk for oppmerksomheten SINTEF Building and Infrastructure 34 17