Staalslak

Tijdens het staalbereidingsproces worden ongewenste elementen uit het ijzerbad verwijderd door toevoeging van slakvormers zoals kalk. Deze drijven als een vloeibare laag op het gesmolten staal. Na afscheiding stolt deze massa tot een hard, kristallijn materiaal dat vervolgens wordt gebroken en gezeefd tot de gewenste fracties. Staalslakken bevatten voornamelijk calciumverbindingen en ijzeroxiden, wat resulteert in een zeer hoge volumieke massa. In de Nederlandse civiele techniek dient het als een hoogwaardig alternatief voor primaire bouwstoffen zoals natuurlijke steenslag.

De praktische toepassing van staalslak begint bij de mechanische bewerking van de gestolde massa. Nadat de vloeibare slak is afgekoeld tot een hard gesteente, reduceren breekinstallaties de brokken tot specifieke korrelfracties die aansluiten bij de beoogde civieltechnische eindbestemming. Een essentieel onderdeel van het proces is de conditionering. Het materiaal verblijft gedurende een langere periode in depots voor natuurlijke veroudering. Deze blootstelling aan de buitenlucht is noodzakelijk om chemische reacties, zoals de hydratatie van vrije kalk, gecontroleerd te laten plaatsvinden voordat het materiaal in een constructie verdwijnt.

In de wegenbouw volgt de verwerking een vast patroon van spreiden en verdichten. Vanwege de hoekige korrelvorm en de hoge interne wrijving vormt het materiaal een stabiel skelet dat zware verkeersbelastingen kan opvangen. Men brengt het materiaal in lagen aan. Zware walsen dichten de holle ruimtes. Het gewicht is aanzienlijk. Door de hoge volumieke massa levert het materiaal een grotere bijdrage aan de stabiliteit van funderingen dan lichtere alternatieven. Bij gebruik als waterbouwsteen of oeverversterking wordt de slak direct in de watergang gestort of gepositioneerd, waarbij de onderlinge haakweerstand van de hoekige breukvlakken zorgt voor een erosiebestendig geheel.

Het voornaamste risico bij het gebruik van staalslakken in de civiele techniek ligt verscholen in de chemische restfracties. Vrije kalk (CaO) en magnesiumoxide (MgO). Deze bestanddelen zijn inherent instabiel wanneer ze worden blootgesteld aan vocht. Zodra water de kern van de slak bereikt, start een hydratatieproces waarbij de oxiden worden omgezet in hydroxides. Deze reactie gaat gepaard met een aanzienlijke volumetoename op microscopisch niveau. De korrel zwelt. Omdat het materiaal vaak strak ingesloten ligt in een funderingslaag, kan deze expansie nergens heen. De gevolgen in de buitenruimte zijn vaak destructief en visueel onmiskenbaar. Er ontstaan lokale opbollingen in het wegdek. Het asfalt scheurt of wordt omhooggedrukt door de inwendige druk uit de funderingslaag. Dit proces is onvoorspelbaar. Soms manifesteert de schade zich pas jaren na de aanleg, afhankelijk van de grondwaterstand en de mate van inkapseling. Naast mechanische schade aan de verharding kunnen ook aangrenzende constructies zoals rioolbuizen, trottoirbanden of funderingen van gebouwen onder spanning komen te staan door de zijdelingse druk die het zwellende materiaal uitoefent. Een bijkomend effect is de hoge pH-waarde van het lekwater dat uit de staalslakken vrijkomt. Dit kalkrijke water kan bij onvoldoende isolatie leiden tot vervuiling van het oppervlaktewater of het dichtslibben van drainagesystemen door kalkafzetting.

Niet elke staalslak is identiek. Het type oven waarin de conversie van ijzer naar staal plaatsvindt, bepaalt de chemische en fysieke eigenschappen van het restproduct. De meest voorkomende variant in de Nederlandse grond-, weg- en waterbouw is de LD-slak. Deze ontstaat in het Linz-Donawitz-proces (ook wel Basic Oxygen Steelmaking genoemd), waarbij vloeibaar ruwijzer wordt gezuiverd door zuurstofinjectie. LD-slak staat bekend om zijn enorme hardheid en gunstige haakweerstand, maar vereist strikte monitoring van het vrije kalkgehalte.

Een tweede belangrijke variant is de EAF-slak. Deze is afkomstig uit de vlamboogoven (Electric Arc Furnace), waar hoofdzakelijk schroot wordt omgesmolten. Omdat de input van een EAF-oven varieert, is de samenstelling van deze slak vaak diverser en kunnen er sporen van legeringselementen aanwezig zijn. Naast deze hoofdsoorten kennen we de roestvaststaalslak (RVS-slak). Deze variant bevat specifieke oxiden zoals chroom, wat extra aandacht vraagt bij milieutechnische keuringen vanwege de uitloging. Panslakken, ook wel ladle slag genoemd, ontstaan bij de nabehandeling van staal in de gietpan. Deze slakken hebben vaak een zeer hoog gehalte aan vrije kalk en magnesium, waardoor ze voor civieltechnische constructies doorgaans ongeschikt zijn zonder intensieve voorbewerking.

In de praktijk ontstaat vaak verwarring tussen staalslak en hoogovenslak. Dit zijn echter wezenlijk verschillende materialen met uiteenlopende toepassingen. Hoogovenslak is een bijproduct van de productie van vloeibaar ruwijzer uit ijzererts. Het koelproces van hoogovenslak bepaalt de eindvorm: door snelle afschrikking met water ontstaat zandvormig, glasachtig materiaal dat als latent-hydraulisch bindmiddel in de cementindustrie dient.

Staalslak daarentegen komt pas vrij in de volgende fase van de keten, wanneer van dat ruwijzer staal wordt gemaakt. Het is een kristallijn, gesteente-achtig materiaal. Het mist de hydraulische eigenschappen van hoogovenslak; het is geen bindmiddel, maar een toeslagstof. Waar hoogovenslak stabiel en voorspelbaar is als zandvervanger of cementcomponent, gedraagt staalslak zich als een primaire steenslag met de specifieke risico's op expansie. Het verschil zit dus in de chemische stabiliteit en de rol binnen de constructie.

Een berg donkergrijze brokken langs een tracé in aanbouw. Het oogt als basalt, maar het gewicht verraadt de oorsprong. Wie een steen oppakt, merkt direct het verschil met natuursteen; staalslak is loodzwaar door de ijzerresten. De kleur is vaak diep antraciet, soms met een lichte blauwachtige gloed op verse breukvlakken. Bij regen ruikt een vers depot soms vaag naar natte kalk of metaal.

Neem een zwaarbelaste laad- en loskade. De fundering bestaat uit verdichte staalslakken. De vrachtwagens laten geen spoorvorming achter. Dat komt door de enorme interne wrijving; de hoekige korrels grijpen zo strak in elkaar dat de laag zich gedraagt als een monolithisch blok. Het materiaal geeft geen krimp onder de statische belasting van opgestapelde containers.

De beruchte 'pukkelvorming'

Een fietspad in een waterrijk gebied. Drie jaar na de opening ontstaan er plotseling lokale verhogingen. Het asfalt scheurt. Geen boomwortels te bekennen. Hier is de expansiekracht van staalslak aan het werk. Vocht is diep in de fundering doorgedrongen, waardoor de vrije kalk in de korrels is gaan reageren en uitzetten. De druk van onderaf is zo groot dat het wegdek simpelweg wordt opgetild. Dit is het klassieke risico bij onvoldoende gerijpt materiaal.

In de waterbouw zie je het materiaal als stortsteen. Een rivierarm waar de stroming fel op de buitenbocht staat. Waar lichtere materialen zouden wegspoelen, blijft de staalslak liggen door zijn hoge volumieke massa. Het vormt een erosiebestendig pantser. De grillige vorm van de brokken voorkomt dat ze over elkaar rollen, waardoor de oeverbescherming zelfs bij hoogwater stabiel blijft.

De inzet van staalslak in de Nederlandse bodem is geen kwestie van vrijblijvendheid. Het Besluit bodemkwaliteit (Bbk) vormt het juridische fundament. Hierin staat exact beschreven aan welke emissie- en samenstellingswaarden het materiaal moet voldoen om als bouwstof te worden aangemerkt. Geen keuring? Geen toepassing. Toezichthouders letten scherp op de uitloging van zware metalen zoals chroom en vanadium. Deze stoffen zijn inherent aanwezig door het productieproces van staal. De zorgplicht uit de Omgevingswet dwingt gebruikers bovendien tot preventieve maatregelen tegen bodemverontreiniging.

Productcertificatie via de BRL 9307 biedt de nodige technische waarborgen voor de praktijk. Deze beoordelingsrichtlijn focust specifiek op staalslak voor civieltechnische toepassingen. Vooral de volumestabiliteit krijgt hierin aandacht. Een partij moet aantoonbaar vrij zijn van overmatige expansiekracht voordat deze onder een rijksweg of in een kade verdwijnt. In bestekken wordt vaak expliciet verwezen naar de NEN-EN 13242 voor toeslagmaterialen. Dit waarborgt dat de korrelverdeling en de hardheid voldoen aan de vigerende Europese standaarden voor ongebonden funderingen. Het gaat om risicobeheersing. Milieuhygiënische verklaringen en partijkeuringen zijn in dit proces onmisbaar.

• Besluit bodemkwaliteit (milieuhygiënische randvoorwaarden)
• BRL 9307 (procescertificering en civieltechnische keuring)
• NEN-EN 13242 (norm voor aggregaten in de wegenbouw)
• Besluit activiteiten leefomgeving (toepassingsregels)

De geschiedenis van staalslak loopt parallel aan de opkomst van de grootschalige staalindustrie tijdens de industriële revolutie. In de 19e eeuw, ten tijde van de Bessemer- en Siemens-Martin-processen, gold de slak louter als een lastig bijproduct. Het werd gestort op enorme slakkenbergen nabij de fabrieken. Geen enkele constructeur dacht destijds aan hoogwaardige civieltechnische toepassingen. De ommekeer kwam in de jaren 50 van de vorige eeuw met de introductie van het Linz-Donawitz (LD) proces. Dit procedé zorgde voor een meer homogene kwaliteit van de vrijkomende slakken, waardoor de belangstelling vanuit de wegenbouw groeide. In een land als Nederland, nagenoeg verstoken van eigen natuurlijke steenbronnen, bood dit restproduct een welkom alternatief voor dure import uit de Ardennen of het Sauerland. Men zocht naar massa. Staalslak bood die massa.

Constructief succes ging niet zonder horten of stoten. In de jaren 70 en 80 van de twintigste eeuw werd staalslak op grote schaal toegepast in wegfunderingen, maar vaak zonder de noodzakelijke conditionering. De gevolgen waren kostbaar. Expansieproblemen leidden tot kapotgedrukte asfaltwegen. Het fenomeen 'vrije kalk' werd een berucht begrip onder ingenieurs. Deze schadegevallen dwongen de sector tot innovatie op het gebied van nabehandeling. Het verplichte 'wateren' en de natuurlijke veroudering in depots werden standaardonderdelen van de productieketen. Tegelijkertijd veranderde de status van het materiaal in juridische zin. Met de invoering van het Bouwstoffenbesluit in 1995, en later het Besluit bodemkwaliteit, verschoof de focus van puur mechanische eigenschappen naar milieuhygiënische beheersing. De slak werd van een ongecontroleerd restproduct een gecertificeerd civieltechnisch bouwmateriaal met een strikt gereguleerde gebruiksaanwijzing.

• https://www.tatasteelnederland.com/staal-maken/staalslakken
• https://slachtofferwijzer.nl/artikelen/wat-is-een-staalslak
• https://odnzkg.nl/thema/staalslakken/
• https://www.cementbouw.nl/cms/wp-content/uploads/2019/01/Brochure-Lidomix-Hoogovenslakmengsel_Cementbouw-Zand-Grind-1.pdf
• https://signalenleefomgeving.nl/signalen/hergebruik-reststoffen