Recycling van geopolymeerbeton 

Na jaren van praten over klimaatmaatregelen en over het Betonakkoord komt een groot deel van de betonwereld in actie voor de verduurzaming. Nieuwe grondstoffen voor beton en innovatieve betonsoorten verschijnen in bestekken en in aanbestedingen krijgt duurzaamheid een plek. Ook innovatieve recyclingmethoden worden productierijp gemaakt. Regelgeving om de kwaliteit te beoordelen en te sturen verschijnt per definitie iets later, maar daar wordt ook hard aan gewerkt. Het meest besproken is geopolymeerbeton, dat op korte termijn breed inzetbaar is, met bijna dezelfde eigenschappen als cementbeton en dezelfde levensduur. Maar ook al duurt het nog 50 jaar voordat we geopolymeerbeton grootschalig gaan recyclen, moeten we daar nu al over nadenken. Daarover gaat dit artikel.

Wat we voor het gemak geopolymeerbeton noemen zijn eigenlijk alkalisch geactiveerde materialen (AAM’s), maar dat praat lastig. In geopolymeerbeton  worden poedervormige mineralen van primaire of secundaire oorsprong (precursors) toegepast. Deze zijn vergelijkbaar met de mineralen die ook in composiet cementen of als reactieve vulstof in beton worden toegepast (supplementary cementitious materials SCM’s). Maar het kunnen ook andere mineralen zijn, zoals staalslakken of fijngemalen glaspoeder.  

Deze mineralen reageren niet, of zeer langzaam, met water. Dit in tegenstelling tot cement. Om ze te laten reageren zijn activatoren nodig; dit zijn alkalische oplossingen.

Door het 100% vervangen van cement is een CO2-reductie van 40% tot 80% mogelijk (ten opzichte van CEM III/B respectievelijk CEM I). Dat betekent ongeveer 90 tot 180 kg minder CO2 per kubieke meter beton.

Cement bestaat voor het grootste deel uit calciumsilicaten (afkorting CS), die na mengen met water (H) reageren tot cementsteen of calciumsilicaathydraat (CSH) en vrije kalk of portlandiet (CH). In formulevorm:

CS + H à CSH + CH

Als we hoogovenslakken toevoegen die alumina bevatten (A) krijgen we: 

CSA + H à CASH

Puzzolane vulstoffen zoals poederkoolvliegas en andere aluminiumsilicaten (AS) hebben kalk nodig om te reageren tot cementsteen: 

AS + CH à CASH

Bij geopolymeren laten we (calcium)aluminiumsilicaten niet met kalk reageren maar met andere alkalische verbindingen. Deze zijn vaak op basis van natrium (N) en dan krijgen we: 

CAS + N + H à CNASH 

of 

AS + N + H à NASH

Eigenlijk is het een glijdende schaal; van pure cement (CEM I) via composiet cementen (CEM II, CEM III) of reactieve vulstoffen naar geopolymeercement. 

We weten dat vers geopolymeerbeton erg reactief en gevaarlijk is bij huidcontact. Dat komt door de activatoren. In ouder geopolymeerbeton heeft het grootste deel van de activatoren met de precursors gereageerd volgens de chemische formules hierboven. Het is dus veel minder reactief. In een onderzoek door SGS INTRON is aangetoond dat Sqape geopolymeerbeton niet schadelijker is dan cementbeton wanneer bijvoorbeeld stof of deeltjes vrijkomen bij breken, zagen, boren en dergelijke [i].

Ook voldoet de uitloging van gebroken geopolymeerbeton aan het Besluit bodemkwaliteit. Het is vrij toepasbaar. Het is daarom veilig voor mens en milieu tijdens de gebruiksfase en bij het granuleren.  

Door SGS INTRON is ook aangetoond dat je met geopolymeerbeton­granulaat weer nieuw beton kunt maken. Nieuw cementbeton en
nieuw geopolymeerbeton.

Er is nog één aspect dat opgelost moet worden; de manier waarop we kijken naar het gehalte natrium (eigenlijk natrium-equivalent) in betongranulaat. Natrium kan in betongranulaat vooral aanwezig zijn door indringing van zeewater of dooizouten. Dit natrium kan oplossen in het poriewater van het nieuwe beton. In bepaalde omstandigheden kan hierdoor de alkali-silica reactie (ASR) optreden[ii]. Dat is de reden dat er een eis wordt gesteld aan het maximale gehalte natrium in betongranulaat.

In geopolymeerbeton zit ook natrium, dat hebben we gezien. Er zijn echter een paar verschillen tussen natrium in geopolymeer en ingedrongen natrium uit zeezout en dooizout:

In beton ingedrongen natrium/zouten zijn oplosbaar, terwijl natrium in geopolymeerbeton grotendeels gebonden is in de CNASH of NASH cementsteen.

In beton ingedrongen natrium is vanaf het betonoppervlak bereikbaar via de poriën (zo is het ingedrongen), terwijl het in geopolymeerbeton in het materiaal opgesloten zit.

Een zeer klein deel van het natrium in geopolymeerbetongranulaat is dus maar beschikbaar voor ASR. Uit diverse onderzoeken blijkt dan ook dat geopolymeerbetongranulaat geen risico vormt voor ASR, tenzij het wordt gemengd met toeslagmateriaal dat zeer gevoelig is voor ASR[[i]ii].

Bij het introduceren van nieuwe grondstoffen voor beton en van innovatieve betonsoorten kijken we ook naar recycling van de nieuwe betonmengsels. Om dit te standaardiseren is de CROW CUR Richtlijn 2:2021 ‘Beoordelingssystematiek grondstoffen op geschiktheid voor circulair beton’ opgesteld. Dit is een goed begin, maar wat betreft alkali-gehalte gaat deze nog uit van totaal natrium en niet van oplosbaar natrium. Ook de CUR-Aanbeveling 89 ‘Maatregelen ter voorkoming van betonschade door alkali-silicareactie (ASR)’ gaat uit van totaal natrium in plaats van oplosbaar natrium. 

Nieuwe betonmengsels vragen om anders naar eisen en specificaties te kijken. Wat betreft recycling van Sqape geopolymeerbeton zijn er geen redenen om bijzondere maatregelen te nemen bij recycling. De bestaande richtlijnen moeten wel worden aangepast op het punt van ASR. Voordat we geopolymeerbeton grootschalig gaan recyclen hebben we nog even de tijd.

[i] Zie www.sqape.nl

[i]i CUR-Aanbeveling 89 Maatregelen ter voorkoming van betonschade door alkali-silicareactie (ASR), CROW, 2017.

[i]ii  Recycling of fly ash – slag based geopolymer cement, Chaliasou, N.A., University of Bath, 2015.