Brenning av råmel i roterovn. Brenning av råmel i roterovn Materialtemp: 1450 o C Gasstemp: 2000 o C. Innhold

Transkript

1 Innhold Betong(avfall) beskrivelse, bruk og miljøaspekter Christian J. Engelsen Seniorforsker, SINTEF Hva er sement og betong Avfallsgenerering og eksempler på bruk Miljøaspekter SINTEF Building and Infrastructure 1 SINTEF Building and Infrastructure 2 Hva er betong? Betong er et uorganisk materiale som på fremstillingsstadiet er plastisk og formbart og som i ferdig tilstand er et hardt, steinaktig materiale med betydelig trykkfasthet. Betong kan oppfattes som en kunststein som har mange likhetspunkter med i naturen forekommende bergarter som sandstein og konglomerater. Består av vann, sement, sand og stein + en liten andel organiske tilsetningsstoffer (< 0.15 % av normal betongvekt). Råmaterialer i klinkerproduksjon Kalkstein (CaCO 3 ) Leirskifer og leirmineraler (SiO 2 ) Bauxite og leire (Al 2 O 3, Fe 2 O 3 ) Alternative råmaterialer Nedmales => Råmel (raw meal) SINTEF Building and Infrastructure 3 SINTEF Building and Infrastructure 4 Brenning av råmel i roterovn Materialtemp: 1450 o C Gasstemp: 2000 o C Brenning av råmel i roterovn SINTEF Building and Infrastructure 5 SINTEF Building and Infrastructure 6 1

2 Sementklinker Nedmales/blandes med: Gips Kalksteinsmel Flyveaske SINTEF Building and Infrastructure 7 SINTEF Building and Infrastructure 8 Ferdig sement Betongproduksjon Betongelementer Aalborg White Norcem Standard flyveaskesement Fersk betong SINTEF Building and Infrastructure 9 SINTEF Building and Infrastructure 10 Typisk sammensetning i sement Eksempel på betongresept per m 3 Oxide name, formula (short hand) Range Sement: 325 kg 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) % % 4-6 % 2-4 % % 1-2 % % Vann: Sand 0-8mm: Stein 8-11,2 mm: Stein 11,2-16 mm: Tilsetningsstoff SP: 195 kg 1000 kg 566 kg 253 kg 1,95 kg a Mass ratio C/S 2.0, b M < 5% in clinker SINTEF Building and Infrastructure 11 SINTEF Building and Infrastructure 12 2

3 Tilsetningsstoffer til betong Kilder til metaller i sementklinkerprod. Primært brensel Kull Pet coke Primært råmateriale Kalkstein Sand Leire Sekundært brensel Kasserte dekk Spillolje Trevirke Prossesert MSW Etc. Sekundært råmateriale Avfall fra jern- og stålindustri Støpesand Kullbasert flyveaske Andre asketyper Etc. SINTEF Building and Infrastructure 13 SINTEF Building and Infrastructure 14 Konsentrasjon i sementklinker (mg/kg) 1 Stoff Lavest Gjennomsnitt Høyest As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Sb V Zn M. Achternbosch et al., Heavy metals in cement and concrete resulting from the co-incineration of waste in cement kilns with regard to the legitimacy of waste utilisation, report FZKA 6923, SINTEF Building and Infrastructure 15 Bidrag fra råmaterial og brensel (%) 1 Stoff Råmaterial Primært Brensel Primært Råmaterial Sekundært Brensel Sekundært As Cd Cr Cu Ni Pb Sb V Zn M. Achternbosch et al., Heavy metals in cement and concrete resulting from the co-incineration of waste in cement kilns with regard to the legitimacy of waste utilisation, report FZKA 6923, SINTEF Building and Infrastructure 16 Rammedirektivet for avfall Avfallsgenerering og gjenbruk Avfallsdirektivet (gjelder i Norge gjennom EØS-avtalen) har målsetting om at 70 % av avfallet fra bygge- og anleggsvirksomhet skal materialgjenvinnes innen Materialgjenvinning: Utnytting av avfall slik at materialet beholdes helt eller delvis, f.eks. produksjon av skrivepapir fra returpapir SINTEF Building and Infrastructure 17 SINTEF Building and Infrastructure 18 3

4 Hvordan ligger vi an mht knust betong? Generering av tungt byggavfall i Norge Table 4-2 Generation and material recovery of concrete rubble in the Nordic countries (million tonnes) Country Generation Recovery a Generation Recovery a Denmark b % 1.36 f 100 % Finland c No data No data 1 > 50 % Norway d % % Sweden e No data No data % a Includes the material recovery and other recovery operations, as defined in WFD. b Concrete rubble includes concrete c Concrete rubble includes mainly concrete and bricks d Concrete rubble includes mainly concrete and bricks. e Concrete rubble includes mineral waste from the construction sector (concrete, stones, etc.). f Data from 2009 ( Significant quantity to landfill top cover Årlig betongforbruk (1000 tonn) Betongavfall År SINTEF Building and Infrastructure 19 SINTEF Building and Infrastructure 20 Miljøsanering og avfallsplan er nødvendig Selektiv rivnig Stripping Oslo, Oktober 2000 SINTEF Building and Infrastructure 21 SINTEF Building and Infrastructure 22 Bruksområder for knust betong Resirkulert tilslag av knust betong Recycled Concrete Aggregates RCA E6 Taraldrud south of Oslo, November 2004 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 SINTEF Building and Infrastructure 23 SINTEF Building and Infrastructure 24 4

5 NB Publikasjon 26 Veilder for bruk av resirkulert tilslag Published:1999 SINTEF Building and Infrastructure 25 SINTEF Building and Infrastructure 26 Miljøpåvirknig Noen erfaringer SINTEF Building and Infrastructure 27 SINTEF Building and Infrastructure 28 Knust betong i forsterkningslag E6 - Taraldrud 25 km south of Oslo November 2004 Case study: Re-use of grain silo transformed to apartments for students ( ) SINTEF Building and Infrastructure 29 SINTEF Building and Infrastructure 30 5

6 Case study Old Hospital in Oslo > 90% of the heavy C&D waste recycled (2002) Sørumsand high school % replacement by RCA in concrete foundation SINTEF Building and Infrastructure 31 SINTEF Building and Infrastructure 32 Utprøving i sprøytebetong SINTEF Building and Infrastructure 33 Retaining wall E6 Taraldrud (built 2004) 100% replacement of SINTEF coarse Building and Infrastructureaggregates Oslo, May 2011 Final concrete recipe at RMC Material Content (kg/m 3 ) Sand (0-8 mm) 815 Recycled materials (10-22 mm) 788 Portland cement 407 Microsilica 14.8 Water 226 SP (Scanflux AD 18) Air entrainer (L-14 F) SINTEF Building and Infrastructure 35 SINTEF Building and Infrastructure 36 6

7 Miljøaspekter SINTEF Building and Infrastructure 37 SINTEF Building and Infrastructure 38 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). 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 SBF2014A Engelsen, Justnes et al 2014, Betongavfall - Bindemidler, tilsetninger og maling benyttet til betong og vurdering av utlekkingspotensiale SINTEF rapport SBF2014A0400. SINTEF Building and Infrastructure 39 SINTEF Building and Infrastructure 40 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 Utlekking er mest relevant Hvorfor skal vi måle utlekking? Hvilke testmetoder skal benyttes? Hva er akseptabel utlekking? 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 2011, estimering av utlekking fra betong som er forurenset med tungmetaller og PCB, in print. SINTEF Building and Infrastructure 41 SINTEF Building and Infrastructure 42 7

8 PCB utlekking (mg/kg) Konsentrasjon (mg/kg) Prøve nummer Totalinnhold Utlekking Normverdi Deteksjonsgrense 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 43 SINTEF Building and Infrastructure 44 Eksponering i bruksfasen Knust betong i forsterkningslag E6 Taraldrud Kontrollstasjon Vanligvis ikke noe problem SINTEF Building and Infrastructure 45 SINTEF Building and Infrastructure 46 Eksponering i gjenbruksfasen Forenklet modellskisse Tilbakeberegning Aksept 1 Aksept 2 Grunnvannsbrønn Elv Saturated zone Ikke opplagt SINTEF Building and Infrastructure 47 SINTEF Building and Infrastructure 48 8

9 Foreslåtte verdier for knust betong til forsterkningslag i vei 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 49 SINTEF Building and Infrastructure 50 Pågående arbeid hos Miljødirektoratet Utarbeidelse av ny forskrift for disponering av lite forurenset betongavfall Lettere vil regulere adgangen til å bruke knust betong. Enklere regelverk for aktørene i bransjen. Tilpasset relevante bruksområder Antas å innholde kriterier for betongbygg før riving. Oppsummering Betong er hovedsaklig uorganisk bestående av sement, stein og vann. Retningslinjer for deklarasjon er tilstede for ubunden og bunden bruk Fokus på gjenbruk av betong globalt sett og EU ønsker 70% gjenvinning innen 2020 av BA-avfall Utlekkingsmålinger så langt viser liten risiko Forslag til totalt innhold i knust betong i vei er utarbeidet SINTEF Building and Infrastructure 51 SINTEF Building and Infrastructure Takk for oppmerksomheten SINTEF Building and Infrastructure 53 9