Hydraulische slak

Hydraulisch recyclinggranulaat is een mengsel van meng- of betongranulaat waaraan 5 tot 20 % (m/m) hydraulische slak is toegevoegd. Hydraulische slak, ook wel stabilisator genoemd, heeft de eigen-schap dat het in aanwezigheid van water en/of vocht verhardt waardoor uiteindelijk een vormgegeven, betonachtig materiaal ontstaat met een relatief hoge stijfheid en sterkte. Toegepast als wegfundering geeft dit ten opzichte van een ongebonden steenmengsel een langere levensduur en lagere onderhoudskosten of kan een dunner asfaltpakket worden aangebracht. Veelal wordt voor hydraulisch re-cyclinggranulaat een ontwerpstijfheid van 600 MPa aangehouden (vergelijk: menggranulaat 400 MPa), maar in de praktijk kan een stijfheid meer dan 1.000 MPa worden bereikt.

Hydraulische slak kan zijn gegranuleerde hoogovenslak, LD-staalslak, ELO-staalslak of een mengsel daarvan. De werking van hiervan berust op twee principes: carbonatatie en hydratatie. In beide geval-len zijn het trage chemische reacties, waardoor de sterkteontwikkeling van hydraulisch recyclinggranu-laat langzaam verloopt. Gegranuleerde hoogovenslak is een bijproduct van de ruwijzerproductie. Het ruwijzer wordt verkregen door de omzetting van ijzererts in een hoogoven. Hiertoe wordt ijzererts onder toevoeging van warme lucht, een slakvormer (kalksteen) en een reductiemiddel (cokes) bij hoge temperatuur omgezet in hoogovengas, ruwijzer en hoogovenslak. De vloeibare hoogovenslak wordt gegranuleerd door deze met water onder hoge druk te koelen. Gegranuleerde hoogovenslak wordt voornamelijk gebruikt bij de productie van (hoogoven)cement. Staalslak is een restproduct van de staalproductie, waarbij het ruwijzer wordt omgezet in staal. In dit proces worden kalksteen en/of dolomiet als slakvormer toegevoegd. De in het vloeibare ruwijzer aan-wezige verontreinigingen komen daarbij in de slak terecht, zoals fosfor, silicium en metalen. Afhanke-lijk van de toegevoegde hoeveelheid slakvormer bevat de slak na afkoelen minder of meer vrije kalk. Bij sommige staalfabrieken, waaronder Tata Steel IJmuiden, wordt de slakstroom gescheiden in kwali-teiten met een verschillend gehalte aan vrije kalk. Na afkoelen wordt de slak ontijzerd en middels bre-ken en zeven verder bewerkt tot producten voor de GWW.

Pure staalslak (LD of ELO) is door de relatief langzame afkoeling kristallijn van aard en is van zichzelf slechts in zeer geringe mate hydraulisch. In combinatie met recyclinggranulaat is carbonatatie van vrije kalk en calciumsilicaten (reactie met CO₂) het belangrijkste verhardingsmechanisme. De vorming van calciumcarbonaat in de poriën zorgt voor de verkitting. Voor de verharding is het belangrijk dat er vocht is en toevoer van CO₂. Dit laatste kan bij een gesloten wegdek (asfalt) problematisch zijn. Daarentegen berust de werking van gegranuleerde hoogovenslak op hydratatie, waarbij een waterbe-stendige calciumsilicaathydraat-fase ontstaan die voor verkitting zorgt, zoals bij hoogovencement. Voorwaarde is, dat er een activator beschikbaar is voor een hoge pH waardoor de slak, die amorf (glasachtig) van aard is, kan oplossen en hydrateren. Dit kunnen cementresten zijn (bij gebruik in combinatie met vers betongranulaat) of kalk. Staalslakken bevatten vrije kalk (CaO). Door staalslak-ken te mengen met gegranuleerde hoogovenslak ontstaat een hydraulisch mengsel dat in de tijd ver-hardt en dat als bindmiddel kan worden gebruikt voor verschillende soorten recyclinggranulaat (asfalt, metselwerk-, meng- of betongranulaat). De aanwezigheid van vocht is cruciaal. Een vochtgehalte dat rond het optimale vochtgehalte van de proctorproef ligt, is optimaal voor de verharding. Een te hoog vochtgehalte werkt vertragend op de sterkteontwikkeling. Ook bij dit hydraulisch mengsel kan carbo-natatie bijdragen aan de verkitting.

De werking van de hydraulische slak is in de praktijk niet altijd gemakkelijk aan te tonen, omdat het recyclinggranulaat van zichzelf ook hydraulische eigenschappen heeft en vaak sec ook al aan de hy-drauliciteitseis voor hydraulisch recyclinggranulaat voldoet. Het in de tijd volgen van het draagver-mogen van de wegconstructie is daarom de meest betrouwbare methode. Een belangrijke eigenschap van de staalslak is het gehalte aan vrije kalk. Hoe meer vrije kalk, des beter de sterkte-ontwikkeling en de werking als hydraulisch bindmiddel. In het algemeen bevat LD-staalslak meer vrije kalk dan ELO-staalslak.

Eenmaal gecarbonateerd, verliest de staalslak zijn werking. Dit geldt zowel voor de staalslak sec als het hydraulische slakmengsel. Uit onderzoek naar de invloed van verwering op het hydraulische slak-mengsel LD-mix is gebleken dat de hydrauliciteit vermindert tijdens de opslag. LD-mix kan in depot maximaal 4 à 5 maanden worden bewaard, voordat de bindende werking van het hiermee vervaardig-de hydraulisch recyclinggranulaat niet meer voldoet. De hydrauliciteit van hydraulisch recyclinggranu-laat is beter als het mengsel met vers geproduceerde grondstoffen (LD-mix én recyclinggranulaat) wordt vervaardigd.

De grotere staalslakkorrels kunnen instabiel zijn door de aanwezigheid van kalkpitten in de korrels die onder invloed van vocht expanderen en de bovenliggende asfaltverharding kunnen beschadigen. Aangezien juist de kalkrijke staalslak beter geschikt als hydraulische slak dan kalkarme staalslak, is het zaak dit te voorkomen. Daartoe mag de hydraulische slak maximaal 2 % (m/m) op zeef 11,2 mm bevatten. Staalslak toevoegen aan de voorzijde van de breker wordt om die reden sterk afgeraden.

Voor het gebruik van hydraulisch menggranulaat in een wegconstructie is een praktijkhandleiding op-gesteld (“Handleiding hydraulisch menggranulaat met LD-staalslakmengsel in een wegconstructie – Pas deze handleiding toe voor een optimale kwaliteit bij de aanleg van een fundering van hydraulisch menggranulaat met LD-staalslakmengsel als stabilisator”, Sweco, project 369706 in opdracht van Pro-vincie Limburg, referentienummer SWNKL0259817-D2, d.d. 25-05-2020).