Studie naar het gebruik van zandvliegasmengsel in zandcementtoepassingen

Tom Desmet Benji Hallaert
Persbericht

Studie naar het gebruik van zandvliegasmengsel in zandcementtoepassingen

Zand is een zeer belangrijk basismateriaal binnen de bouwkunde. Het wordt al een lange tijd intensief ontgonnen en verwerkt in bouwkundige toepassingen. Er wordt ook steeds meer en meer gebouwd, dus de vraag naar zand stijgt. Dit zorgt ervoor dat er nu een tekort aan zand zit aan te komen. De uitdaging van nu is het vinden van een zandvervanger die voldoet aan de kwaliteiten die zand ons levert. Wegenbouwbedrijf Viabuild, ging deze uitdaging aan en belandde bij een site te Sambreville waar 200 000 m³ zandvliegasmengsel ligt opgeslagen. Deze site werd aangekocht met als doel het afvalmateriaal te verwerken als zandvervanger. Dit thesisonderwerp werd in 2017- 2018 opgestart door Viabuild. Hanna Debruyne en Sinitha Ferier gingen op zoek naar het meest interessante bouwproduct om het zandvliegasmengsel in te verwerken. Zij hebben besloten dat de toepassing van het zandvliegasmengsel het meest voordelig kan worden gebruikt in zandcement. In 2018-2019 gingen Ewout Vanden Bussche en Thibaut Vansteelant op zoek naar een zo economisch mogelijk mengsel, binnen de toepassing zandcement, met partiële zandvervanging door het zandvliegasmengsel. Finaal werden twee mengselontwerpen met een financieel voordeel naar voor geschoven. Deze thesis zet de zoektocht naar het meest interessante mengselontwerp verder. Het doel van deze thesis is het oplossen van enkele cruciale vragen zoals: “Waarom wordt een hogere druksterkte behaald bij verwerking van het zandvliegasmengsel?” en “Waarom wordt nalevering in druksterkte als gevolg van deze verwerking waargenomen?”. Theoretisch onderzoek en in mindere mate praktische testen zullen deze vragen moeten oplossen. De antwoorden op de vragen zullen leiden naar het vinden van belangrijke parameters die aangepast kunnen worden met als doel de mengsels te optimaliseren. Het theoretisch onderzoek heeft geleid tot zeer relevante en interessante conclusies. In het onderzoek werden de belangrijkste chemische aspecten van het puzzolaan vliegas bestudeerd. Dit zijn de hydratatiereacties, de puzzolane reacties en het effect van de zuurtegraad. Door bestudering van de puzzolane reacties werd geconcludeerd dat deze niet optimaal worden gebruikt, omdat er niet genoeg calciumhydroxide wordt aangeboden aan de vliegas. Dit heeft geleid tot het ontwerp van enkele mengselontwerpen met een toevoeging van een bepaalde hoeveelheid calciumhydroxide. Deze mengsels werden ontworpen op basis van een financiële analyse. De toevoeging van calciumhydroxide is dus een eerste optimalisatievoorstel. Het theoretisch onderzoek rond de zuurtegraad of pH-waarde heeft uitgewezen dat de puzzolane werking van de vliegas optimaal wordt benut bij een zeer hoge pH-waarde (>13). De kans bestaat dat de mengsels deze pH-waarde nooit halen en de puzzolane werking dus niet optimaal wordt benut. Een mogelijke oplossing hiervoor is het toevoegen van een zeer sterke base aan het mengsel, zoals NaOH. Dit is een tweede optimalisatievoorstel. De twee optimalisatiemogelijkheden dienen nog gefundeerd te worden op experimentele data. Ook dienen ze getest te worden op hun financiële maakbaarheid. Volgens ons hebben deze twee optimalisatievoorstellen een goede kans van slagen. Vanuit ons perspectief en het uitgevoerde theoretisch onderzoek betwijfelen we dat er naast deze voorstellen nog andere parameters zijn die aangepast kunnen worden om de mengsels te optimaliseren.

Bibliografie

[1] Belgische Betongroepering (BBG), Betontechnologie, Brussel: Belgische Betongroepering, 2015. [2] J. Li, „Concrete Technology,” KU Leuven, Brugge, 2018. [3] V. I. BUSINESS INSIDER, „Woestijnen te over, en toch dreigt er een wereldwijd tekort aan zand,” Nieuwsblad, p. 1, 13 06 2018. [4] Mick Van Loon, „Wereld kampt met een tekort aan... zand,” Express Business, p. 1, 28 10 2017. [5] Willem Schoonen, „Zandhonger van de bouw zorgt voor wereldwijde tekorten,” Trouw, p. 1, 12 09 2017. [6] E. Vansteelant en T. vanden Bussche, Van afval tot grondstof: Vliegassen in zandcement, Brugge: KU Leuven, 2019. [7] H. Debruyne en S. Ferier, Zand-vliegas mengsels in bouwkundige toepassingen, Brugge: KU Leuven, 2018. [8] F. U. Rahman, „Manufacture of Cement- Materials and Manufacturing Process of Portland Cement,” The Constructor, 2019. [Online]. Available: https://theconstructor.org/building/manufacture-of-cement/13709/. [Geopend 25 november 2019]. [9] Holcim, „CEM I 52,5 R HES,” Holcim N.V., Nivelles, 2019. [10] Holcim, „CEM III/A 32,5 N-LH LA,” LaforgeHolcim, 2018. [11] B. v. Normalisatie, NBN EN 450-1: Fly ash for concrete - Part 1: Definition, specifications and conformity criteria, Bureau voor Normalisatie, 2012. [12] J. D. Maersschalk, „De sterkteontwikkeling van volledig recycleerbaar beton met een combinatie van traditioneel portlandcement en calciumaluminaatcement,” Universiteit Gent, Gent, 2010-2011. [13] Encyclo, „Nederlandse Encyclopedie,” Encyclo, 9 september 2019. [Online]. Available: https://www.encyclo.nl/begrip/puzzolaan. [Geopend 22 februari 2020]. [14] „Puzzolaan,” 26 1 2019. [Online]. Available: https://nl.wikipedia.org/wiki/Puzzolaan. [Geopend 25 2 2019]. [15] P. Hewlett, Lea's chemistry of cement en concrete, Elsevier Science & Technology Books, 2004. 74 [16] T. Oey, A. Kumar, J. Bullard, N. Neithalath en G. Sant, „The Filler Effect: The influence of filler content and surface area on cementitious reaction rates,” The American Ceramic Society, vol. 2013, nr. 96, p. 1990, 2013. [17] K. v. Balen, B. v. Bommel, R. v. Hees, M. v. Hunen, J. v. Rhijn en M. v. Rooden, Kalkboek. Het gebruik van kalk als bindmiddel voor metsel- en voegmortels in verleden en heden, dbnl, 2013. [18] „zeolite,” wikipedia, 17 04 2020. [Online]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Zeolite. [Geopend 21 04 2020]. [19] „diagenese,” wikipedia, 20 04 2017. [Online]. Available: https://nl.wikipedia.org/wiki/Diagenese. [Geopend 21 04 2020]. [20] M. Uemoto, Y. Kuwabara, S. A. Sato en K. Yabana, „Nonlinear polarization evolution using time-dependent density functional theory,” University of Tsukuba, Tsukuba, Japan, 2018. [21] P. V. Brady en j. V. Walther, „Controls on silicate dissolution rates in neutral and basic pH solutions at 25°C,” Nothwestern University evanston, Evanston, USA, 1989. [22] A. M. Helmenstine, Ph.D, „Here's How to Calculate pH Values,” ThoughtCo, 02 05 2020. [Online]. Available: https://www.thoughtco.com/how-to-calculate-ph-quick-review606089. [Geopend 12 05 2020]. [23] F. J. Bijen, „Cement-Stabilized Fly Ash Base Courses,” Delft University, Nederland, 1990. [24] C. Cornelly, „Chemie 2: Chemische reactiviteit,” KU Leuven, Brugge, België, 2017. [25] „Natriumhydroxide,” Wikipedia, 17 03 2020. [Online]. Available: https://nl.wikipedia.org/wiki/Natriumhydroxide. [Geopend 12 05 2020]. [26] S. Rahimi-Aghdam, Z. P. B. žant en M. A. Qomi, „ScienceDirect,” 2017. [Online]. Available: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022509616305919. [Geopend 27 11 2019]. [27] „Matse,” Department of Materials Science and Engineering University of Illinois UrbanaChampaign, [Online]. Available: http://matse1.matse.illinois.edu/concrete/prin.html. [Geopend 27 11 2019]. [28] X. Ouyang, D. A. Koleva, G. Ye en K. v. Breugel, „SpringerLink,” 23 10 2017. [Online]. Available: https://link.springer.com/article/10.1617/s11527-017-1082-y. [Geopend 10 11 2019]. [29] V. Rahhal, V. Bonavetti, A. Delgado, R. Talero en C. pedrajas, „researchgate,” 1 2009. [Online]. Available: https://www.researchgate.net/publication/288270624_Scheme_of_the_Portla… nt_hydration_with_crystalline_mineral_admixtures_and_other_aspects. [Geopend 20 11 2019]. [30] „Wikipedia,” 21 11 2019. [Online]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Surface-areato-volume_ratio. [Geopend 23 11 2019]. 75 [31] G. Land en S. Dietmar, „ScienceDirect,” 23 08 2017. [Online]. Available: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0958946514002248#!. [Geopend 15 11 2019]. [32] E. John, T. Matschei en S. Dietmar, „ScienceDirect,” 11 2018. [Online]. Available: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008884617306798. [Geopend 25 11 2019]. [33] P. Lawrence, M. Cyr en E. Ringot, „ScienceDirect,” 12 2003. [Online]. Available: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008884603001832. [Geopend 25 11 2019]. [34] F. Zuninoa en M. Lopez, „ScienceDirect,” 01 2016. [Online]. Available: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0958946515300330. [Geopend 02 11 2019]. [35] bsi., „Methods of testing cement, part 1: determination of strength,” CEN, Brussel, 2016. [36] N. M. Altwair, M. Azmi, M. Johari en h. F. S. syed, „Strength Activity Index and Microstructural Characteristics of Treated Palm Oil Fuel Ash,” IJENS Publisher, Rawalpindi, Pakistan, 2011. [37] B. v. Normalisatie, „NBN EN 13286-2 Ongebonden en hydraulisch gebonden mengsels - Deel 2: Beproevingsmethoden voor het bepalen van de laboratoriumreferentiedichtheid en het watergehalte - Proctorverdichting (+ AC:2012),” 2010. [38] V. Overheid, Standaardbestek 250, Vlaamse Overheid, 2013. [39] B. v. Normalisatie, „NBN EN 13286-41 - Druksterkte van hydraulisch gebonden mengsels,” 2003. [40] Carmeuse, „Technische fiche Calcitec 2001 M,” Carmeuse SA, Louvain-la-Neuve, 2017.

Universiteit of Hogeschool
Industriële ingenieurswetenschappen - bouwkunde
Publicatiejaar
2020
Promotor(en)
prof. Dr.-Ing. Jiabin Li, Diederik De Pauw
Kernwoorden
Share this on: