20 VAKBLAD I 2 2015
auteurs ir. Edwin Vermeulen MBA Van Nieuwpoort Beheer B.V., ing. Peter de Vries, FICT ENCI B.V.
Wat weerhoudt geopolymeerbeton van grootschalige toepassing?
De uitdagingen van
geopolymeerbeton
In het streven de betonketen te 'vergroenen' wordt in toenemende
mate gestudeerd op de mogelijkheden van alternatieve groene
bind middelen. Belangrijk uitgangspunt hierbij is het zo veel
mogelijk terugdringen van de hoeveelheid portlandcementklinker
in het bindmiddel. Een mogelijk alternatief is geopolymeerbeton.
Maar wat is dat precies, wat kunnen we ermee, hoe gaan we
ermee om en wat zijn de mogelijke aandachtspunten?
G
eopolymeerbeton, beton geba-
seerd op geopolymeren, is een
populaire term die is ontstaan in de jaren
zeventig. De term wordt gebruikt voor
alkalisch geactiveerde aluminiumsilica-
ten die het bindmiddel vormen in beton.
De basis voor het bindmiddel zijn meta-
kaolines (een thermisch behandelde klei-
soort), slakken die vrijkomen bij diverse
industriële processen en (natuurlijke)
puzzolanen. Voor grootschalige toe-
passingen in beton kunnen we gebruik-
maken van de bekende grondstoffen als
poederkoolvliegas en gemalen hoog-
ovenslak. De activatie gebeurt echter
niet door het bijmengen van portland-
cementklinker, maar door toevoeging
van een sterke alkalische activator.
Hoe vervolgens de verhardingsreactie
verloopt, is sterk afhankelijk van de
gebruikte grondstof en de verhouding
tussen de verschillende grondstoffen.
Een groot verschil met traditioneel
cement is dat bij de activering van
vliegassen en puzzolanen ? gekenmerkt
door een laag gehalte CaO ? de verhar-
ding berust op de vorming (polymeri-
satie) van een driedimensionaal netwerk
van silicium-, aluminium- en zuurstof-
atomen (Si, Al en O). Deze reactie is
niet te vergelijken met de hydratatie-
reactie tussen cement en water (vorming
van CSH-fasen). Het water in geopoly-
meerbeton is noodzakelijk voor de ver-
werkbaarheid en als medium waarin de
polymerisatie zich afspeelt, maar neemt
zo goed als geen deel aan de reactie zelf.
Bij alkalische activatie van hoogovenslak
? gekenmerkt door een hoog gehalte
CaO ? ontstaan wel laagmoleculaire
silicaatpolymeren (ketens korter dan
Si4O12), maar is toch vooral sprake van
de vorming van calciumsilicaat-hydraat-
verbindingen (CSH-verbindingen). Er is
1
Voor de nieuwe melkpoederfabriek in Gorinchem
is voor het eerst in Nederland op grote schaal
geopolymeerbeton toegepast
p20_Artikel 3 20 04-06-15 13:40
21 VAKBLAD I 2 2015
De uitdagingen van
geopolymeerbeton
p20_Artikel 3 21 04-06-15 13:40
22 VAKBLAD I 2 2015
karakteristieken morgen al zou willen
toepassen. De werkelijkheid is echter
weerbarstig en vele openstaande vragen
staan een grootschalige toepassing in
de weg.
Te nemen hobbels
Een niet onbelangrijke hobbel is het
ontbreken van regelgeving. Toepassing
van gewapend beton op basis van de
traditionele cementsoorten kent een
historie van bijna 200 jaar. Een periode
waarin eigenschappen van beton uit-
puttend zijn gedocumenteerd en
waarin ervaringen met betrekking tot
het ontwerpen en uitvoeren zijn vast-
gelegd in nationale, Europese en
ISO-voorschriften.
Voor een nieuw bindmiddel, in dit
geval gebaseerd op geopolymeren,
bestaan deze voorschriften (nog) niet.
En een-op-een kopiëren gaat ook niet:
geopolymeerbeton is per definitie
anders dan een beton ver vaardigd met
een cementsoort conform EN 197-1.
Bij een gekozen cementsoort, type en
sterkteklasse, weten we door te sturen
met de water-cementfactor inmiddels
vrij goed een bepaalde prestatie van
normaal beton te bereiken. Maar voor
het ontwerpen van een mengsel op
basis van geopolymeren voor een
willekeurig beton(product) gelden
die automatismen niet en zal de ver-
houding tussen basisgrondstoffen en
activators telkens opnieuw moeten
worden vastgesteld. Dat maakt het
aantal mogelijke recepten en combina-
ties van eigenschappen voor alkalisch
geactiveerde bindmiddelen wel heel
erg groot.
Een ander praktisch probleem is de
verwerkbaarheid van geopolymeer-
beton. In traditioneel beton speelt
water een belangrijke rol bij de ver-
werkbaarheid én bij de vorming van
cementsteen. Bij beton op basis van
alkalisch geactiveerde basisgrondstof-
fen is de speelruimte voor water afhan-
kelijk van het type geopolymeerbeton
? zoals hier voor al toegelicht ? slechts
heel beperkt.
15
10
5
0
verhouding chemische elementen vanuit basisgrondstoffen
((SiO
2 + Al
2O3) / CaO)
react
silicumhoudend vliegas (CaO react < 5 m/m %)
silicum- en kalkhoudend vliegas en/of gemalen hoogovenslak
silicum- en kalkhoudend vliegas en/of gemalen hoogovenslak
kalkhoudend vliegas en/ofgemalen hoogovenslak (CaO react > 15 m/m %)
(CaO react = 5 ? 10 m/m %)
(CaO react = 5 ? 10 m/m %)
zeolieten
CASH*
laag-CaO geopolymeren
tussenvormen
hoog-CaO geopolymeren
*CASH = calciumaluminiumsilicaathydraat
gebruikelijke verhardingstemperatuur: T = 20 ? 90 C
pH van activatoroplossing
~ 11,5
> 13,5
gebruiksvriendelijk
corrosief, sterk agressief
alkaline-(aard)-metaalcarbonaten
alcalisilicaat loogzout
2
Samenstelling grond-
stoffen en benodigde
activators
dan dus wel meer overeenkomst met
de verharding van traditioneel cement.
Het water neemt in dit geval wel deel
aan de reactie. De verhouding calcium-
silicium is in alkalisch geactiveerde slak
circa 1:1, terwijl die verhouding bij
reguliere cementsteen 1,5 - 1,8:1
bedraagt. De microstructuur is bij alka-
lisch geactiveerde slak veel dichter dan
bij reguliere cementsteen.
Eerdere publicaties over geopolymeren
roemen de soms fantastische prestaties
zoals een hoge (eind)sterkte, thermisch
zeer stabiel (tot ca. 1000 °C), snelle
reactie en dus snel de eindsterkte bereikt,
een hoge zuurbestandheid, bestand
tegen vorst-dooicycli, bestand tegen
chloriden en sulfaten en een lage
warmteontwikkeling. Kortom een ide-
aal bindmiddel dat je op basis van deze
Tabel 1 Typische waarden van belangrijkste aspecten t.a.v. bindmiddeleigenschappen
eigenschap vliegas gemalen gegranuleerde
hoogovenslak siliciumhoudend calciumhoudend
glasfase [m/m %] 60 - 80 40 - 60 90 - 100
totaal CaO [m/m %] 0 - 10 12 - 40 35 - 45
reactief CaO [m/m %] 0 - 10 10 - 30 35 - 45
vrije kalk [m/m %] 0 2 - 10 0
onverbrand koolstof [m/m %] 0 - 5 0 - 8 0
specifiek oppervlak [cm²/g] Het reactieve oppervlak hangt af van de maalfijnheid. Een fijnheid van ongeveer 4000 cm²/g (Blaine) wordt aanbevolen.
Tabel 2 Typische samenstellingen van industriële alkaliën
product totaal silica
[m/m % SiO 2]
totaal alkali
[m/m % Na 2O]
SiO 2/Na 2O pH van 1%
oplossing
bij 20 °C
vloeibare natriumsilicaten 26 - 33 8 - 17 1,6 - 3,2 11 - 13
natriummetasilicaat pentahydraat 28,5 28,7 1,0 12,5
natriummetasilicaat (watervrij) 47,0 51,0 0,9 12,6
natriumhydroxide - 76,0 - 13,1
natriumcarbonaat - 58,0 - 11,4
p20_Artikel 3 22 04-06-15 13:40
23 VAKBLAD I 2 2015
Basisgrondstoffen en activators
Zoals voor veel bulkproducten geldt,
wordt de keuze voor een bepaalde
grondstof vaak bepaald door beschik-
baarheid en prijs. Voor grondstoffen
van een geopolymeerbeton is het niet
anders. Aluminium- en siliciumbronnen
als vliegas en hoogovenslak zijn voor-
alsnog ruim voor handen. De geschikt-
heid dan wel reactiviteit van dit basis-
materiaal heeft echter een enorm effect
op prestatie van het bindmiddel en
wordt voor een belangrijk deel beïnvloed
door het aandeel van de glasfase, de
chemie van de glasfase en de fijnheid
(tabel 1).
Naast de basisgrondstof(fen) voor het
bindmiddel is zoals gezegd een alkali-
sche activator nodig. De functie hier-
van is het losweken van de elementen
aluminium en silicium. De activator ver-
hoogt de pH waardoor de glasstructuur
wordt aangetast. Tevens levert de acti-
vator de elementen silicium en alkaliën,
die nodig zijn voor de vorming van het
geopolymeernetwerk. Welk type activa-
tor (of combinatie van activators)
wordt gekozen, is afhankelijk van de
benodigde pH om de elementen los te
weken. Activators zijn er in droge en
vloeibare (natte) vorm (tabel 2).
Figuur 2 geeft een schematische indeling
van mogelijke combinaties van grond-
stoffen en activators. Siliciumrijke en
kalkarme grondstoffen als poederkool-
vliegas vragen om een sterke activator
om de elementen silicium en aluminium
los te weken. Bij gebruik van een kalkrijke
grondstof als gemalen hoogovenslak
(rijk aan CaO) kan een minder sterke
activator worden ingezet. Ook wordt de
rol van water bij hogere kalkgehalten
steeds belangrijker. Tegelijkertijd heeft
de keuze voor vliegas of hoogovenslak,
of de combinatie van beide, direct zijn
invloed op de eigenschappen en presta-
ties van het geopolymeerbeton.
Verwerkbaarheid
Verwerkbaarheid is zo'n eigenschap.
Bij traditioneel beton sturen we de ver-
werkbaarheid met water en daarvoor
geëigende hulpstoffen. Traditionele
plastificerende hulpstoffen werken
echter niet in geopolymeerbeton; het
vervelende is dat deze plastificerende
hulpstoffen niet effectief zijn door de
sterke alkaliteit van de activators.
Begin jaren negentig heeft ENCI hier-
mee al enige ervaring opgedaan. Op
verzoek van de betonbuizenbranche is
een zuurbestendig bindmiddel ont-
wikkeld voor de productie van beton-
nen rioolbuizen. De ontwikkeling van
een beter, zuurbestand bindmiddel op
basis van alkalisch geactiveerde grond-
stoffen is gelukt, alleen is de product-
ontwikkeling gestrand op de verwerk-
baarheid van de betonspecie. De
mengsels hadden een open tijd van
circa vijftien minuten, op zich ruim
voldoende om fabrieksmatig rioolbui-
zen te maken. Problemen ontstaan
echter bij stagnaties in het productie-
proces en het schoonmaken vooraf-
gaand aan geplande pauzes. De ver-
werkbaarheid neemt namelijk niet
langzaam af maar er is sprake van een
omslagpunt; op het ene moment zit er
nog beweging in de specie en op het
volgende moment is de inzet van een
pneumatische hamer noodzakelijk om
specieresten te ver wijderen. Niet echt
praktisch dus.
Duurzaamheid en mechanische
eigenschappen
Geopolymeerbeton is, zoals uit het
voorgaande is gebleken, een verzamel-
naam voor een grote groep materialen
met sterk verschillende eigenschappen.
Voordat we algemene uitspraken kunnen
doen ten aanzien van de diverse duur-
zaamheids- en mechanische eigen-
schappen, moet nog veel onderzoek
plaatsvinden naar de vele mogelijke
combinaties van basisgrondstoffen
en activators. Dit artikel beschrijft een
voorzichtig begin ten aanzien van het
onderzoek naar krimp, weerstand
tegen chloride-indringing en weer-
stand tegen carbonatatie.
Krimp
Afhankelijk van de samenstelling van
het bindmiddel en de toegepaste acti-
vators, kan geopolymeerbeton zowel
minder als fors meer krimp vertonen
dan regulier beton. Figuur 3 geeft de
uitdrogingskrimp weer voor vijf verschil-
lende geopolymeermortels (A t.m. E)
en vijf cementmortels. De prisma's
(40 x 40 x 160 mm) werden na 24 uur
ontkist en ver volgens tot zeven dagen
onder water bewaard. Daarna werd
een nulmeting uitgevoerd en werden
de prisma's bewaard bij 20 °C en
65% RV.
krimp [mm/m]
0
-0,5
-1
-1,5
-2
-2,5 0 50 100 150 200 250
droogtijd [dagen]
A BCDECEM I 0,45CEM II/B-V 0,45CEM II/B 0,45CEM III/B 0,50CEM III/B 0,65
3
Krimpgedrag geopoly-
meermortels t.o.v.
cementmortels
p20_Artikel 3 23 04-06-15 13:40
24 VAKBLAD I 2 2015
Door nabehandeling onder water vindt
in eerste instantie vooral bij de hoog-
ovencementen wat expansie plaats.
Hierdoor worden wat hogere waarden
voor de uitdrogingskrimp gevonden
dan wanneer direct na 24 uur en zon-
der nabehandeling onder water wordt
gestart met de meting. Uit dit onder-
zoek blijkt dat het mogelijk is om een
geopolymeerbindmiddel te maken dat
niet meer krimpt dan regulier cement.
Echter is bij de meeste geopolymeer-
mortels sprake van fors meer krimp.
Gebruik van natriummetasilicaat als
activator lijkt in vergelijking met
andere activators te resulteren in een
wat hogere krimp. Gebruik van vliegas
in plaats van hoogovenslak resulteert
in minder krimp. Geopolymeerbeton
vertoont veelal ook meer kruip dan
regulier beton bij een vergelijkbare
elasticiteitsmodulus. In combinatie
met de hogere treksterkte zal dit beton
dan ook minder scheur vorming verto -
nen dan regulier beton. Als er echter
scheuren ontstaan, moet de wapening
de hogere trekspanning overnemen,
hetgeen bij gelijke wapening resulteert
in grotere scheur wijdten. Hiermee
moet bij het ontwerp rekening worden
gehouden.
Chloride-indringing
Voor de geopolymeermortels A tot en
met D is ook de chloride-indringing
gemeten. Per mortel werden drie pris-
ma's na 24 uur ontkist en tot 28 dagen
onder water bewaard. Vervolgens wer-
den de prisma's (afzonderlijk per type
mortel) bewaard in een 3% natrium-
chloride-oplossing bij 20 °C. Na zes
maanden werd de chloride-indringing
gemeten (XRF).
In tabel 3 zijn de resultaten weergege-
ven als percentage van de hoeveelheid
bindmiddel. Duidelijk is dat de geopo-
lymeermortels fors beter presteren dan
de cementen. Op een gemiddelde diepte
van 13 mm is er echter geen verschil
meer zichtbaar tussen de geopolymeer-
mortels en hoogovencement; zeer
waarschijnlijk zou er bij langere exposi-
tie wel een verschil te zien zijn op 13 en
20 mm diepte.
De portlandvliegascement lijkt slecht
te presteren. Bedacht moet worden dat
de expositie al na 28 dagen is gestart
en de weerstand van portlandvliegas-
cement tegen chloride-indringing na
28 dagen nog beperkt is. Na een jaar is
de weerstand vergelijkbaar met die van
hoogovencement. De expositie na 28
dagen geeft geen realistisch beeld voor
de praktijk, constructies zijn normaliter
vele maanden oud voordat ze in gebruik
worden genomen.
Carbonatatie
De literatuur beschrijft dat de weerstand
tegen carbonatatie over het algemeen
wat minder is dan die van regulier beton
op basis van hoogovencement. Van de
geopolymeermortels A tot en met D is
de carbonatatie gemeten. Per mortel
werden drie prisma's na 24 uur ontkist en
tot zeven dagen onder water bewaard.
Daarna werden de prisma's bewaard
bij een relatieve luchtvochtigheid van
65%. De gemeten carbonatatiediepten
worden in tabel 4 gegeven.
Uit tabel 4 kan worden geconcludeerd
dat tot een ouderdom van twee jaar,
de carbonatatie van de onderzochte
geopolymeerbindmiddelen vergelijk-
baar is met die van hoogoven- en
port landvliegascement.
Praktijkervaring:
productie L-elementen
met geopolymeerbeton
Als deelnemers binnen de Green Deal
Beton onder de vlag van MVO Netwerk
Tabel 4 Carbonatatiediepte als functie van tijd en bindmiddel
ouderdom carbonatiediepte [mm]
A B C D CEM I CEM II/B-V CEM III/B CEM III/B
wcf 0,50 wcf 0,50 wcf 0,50 wcf 0,65
28 dagen 1 0,5 1,5 0,5 0 - 2 -
91 dagen 4,4 3 3,6 4,5 1 1,8 4,1 7
182 dagen 5,3 4,4 5,2 6,1 3,9 5,2 6 9,1
1 jaar 7,8 5,9 7,5 8,9 4 5,9 7,9 12,7
2 jaar 11,5 8,8 10,3 11,9 6,4 9,8 11,3 (> 20)
4
L-elementen met een
betonsamenstelling
met een geopolymeer-
bindmiddel net een
droge activator
Tabel 3 Ingedrongen chloriden afhankelijk van het type bindmiddel
diepte chloride concentratie [% mm in relatie tot het bindmiddelgehalte]
A B C D CEM I CEM II/B-V CEM III/B
0,45 0,45 0,45
5 - 8 mm 1,1 0,7 1,4 1,5 4,5 5,2 4,3
13 - 16 mm 0,1 0,0 0,1 0,0 4,0 1,8 0,1
20 - 22 mm (kern) 0 0,1 0,0 0,1 2,4 0,1 0,1
p20_Artikel 3 24 04-06-15 13:40
25 VAKBLAD I 2 2015
Beton, hebben de bedrijven Van Hat -
tum en Blankevoort, Mebin en ENCI
de handen ineen geslagen om geza -
menlijk de uitdaging aan te gaan en in
het werk gestorte, gewapend beto -
nelementen te maken. Doel van het
project is tweeledig: vaststellen of er
inderdaad milieuwinst is te behalen
(verlaging van de carbon footprint)
ten opzichte van een betonsamenstel -
ling met een traditioneel cement, plus
beoordelen of het mogelijk is om een
geopolymeerbetonspecie te vervaar -
digen in een betoncentrale, te ver voe -
ren in een truckmixer en vervolgens
op een bouwplaats te ver werken.
Het project omvat de ver vaardiging
van een aantal L-elementen in drie
samenstellingen: een referentie op
basis van traditioneel cement, een
betonsamenstelling met een geopoly -
meer-bindmiddel op basis van een
natte activator en een betonsamen -
stelling met een geopolymeer-bind -
middel met een droge activator
(foto 4). Naast de hierboven
genoemde doelstelling zullen aan de
hand van proefstukken de mechani -
sche en duurzaamheidseigenschap -
pen worden beoordeeld en zullen de
elementen langs een autosnelweg
worden geëxposeerd in weer en
wind. Het is in de bedoeling om de
elementen na vervaardiging nog een
aantal jaren te volgen en om regelma -
tig onderzoek aan geboorde proef -
stukken te doen.
Samenstelling en verwerkbaarheid
Beschikbaarheid, prijs en prestatie zijn
uitgangspunten voor de keuze van de
basisgrondstoffen voor het geopoly-
meer-bindmiddel. Uitgangspunt voor
de mengselsamenstelling is het verkrij-
gen van een voldoende open tijd van
circa 90 minuten. Gekozen is voor een
combinatie van poederkoolvliegas en
gemalen hoogovenslak in een verhou-
ding van 3:1. Verhoging van het aan-
deel gemalen hoogovenslak (een leve-
rancier van het element CaO) is gunstig
voor de sterkteontwikkeling maar gaat
ten koste van de benodigde verwer-
kingsduur. Op basis van de literatuur en
de nodige research, kwam voor het ver-
krijgen van de gewenste open tijd
mineraal borax als beste vertrager uit
de bus. Helaas heeft de vertrager op
zijn beurt wel een negatieve invloed op
de sterkteontwikkeling.
Opvallend verschil in de samenstelling
(tabel 5) is met name het hoge aandeel
bindmiddel (basisgrondstoffen + acti-
vator + vertrager) in het geopolymeer-
beton. Het mengsel met de natte acti-
vator bevat zelfs nog meer bindmiddel,
hoewel daarvan het aandeel water mag
worden afgetrokken en moet worden
verrekend met de water-bindmiddel-
factor. Ook is het hoge aandeel grof
materiaal opmerkelijk maar wel nood-
zakelijk. De activator maakt het meng-
sel kleverig (sticky), vergelijkbaar met
zelfverdichtend beton en een hoger
aandeel fijn zou het mengsel dus
onverwerkbaar maken. Door dit strope-
rige gedrag is het ook noodzakelijk de
initiële verwerkbaarheid op een hoger
niveau te beginnen in vergelijking met
het referentiebeton (fig. 5, foto 6).
Carbon footprint
Om de milieuwinst van een geopoly-
meerbeton vast te stellen, zou een vol-
ledig milieuprofiel moeten worden
berekend. Vooral ook omdat de basis-
grondstoffen voor de geopolymeer mede
worden vormgegeven met industriële
reststoffen in plaats van primair materi-
aal (portlandcementklinker). In de
praktijk blijkt het lastig om met name
van de activators en vertrager de beno-
digde informatie boven tafel te krijgen.
We beperken ons dan ook tot het effect
van de bindmiddelbijdrage op de CO 2-
uitstoot. Figuur 7 laat zien dat er zelfs
ten opzichte van het groene hoog-
ovencement CEM III/B nog een reduc-
tie van de CO 2-uitstoot valt te behalen
van zo'n 30%.
Mengen en veiligheid
Voorafgaand aan de daadwerkelijke
veldproef heeft een uitgebreide veilig-
heidsvoorlichting plaatsgevonden voor
het productiepersoneel op de beton-
centrale, het laboratoriumpersoneel en
Tabel 5 Samenstellingen veldproef L-elementen
referentiebeton geopolymeerbeton (droge activator)
grondstof aandeel per m³ grondstof aandeel per m³
CEM I 52,5 R 70 kg poederkoolvliegas 235 kg
CEM III/B 42,5 N 280 kg hoogovenslak 75 kg
hulpstof 0,7 kg activator + vertrager 90 kg
water 160 kg water 120 kg
zeezand 0/4 790 kg zeezand 0/4 650 kg
zeegrind 4/16 565 kg zeegrind 4/16 290 kg
zeegrind 16/32 540 kg zeegrind 16/32 860 kg
p20_Artikel 3 25 04-06-15 13:40
26 VAKBLAD I 2 2015
de stortploeg van de aannemer. De
activators waarmee werd gewerkt zijn
hoog-alkalisch en vragen om uitge-
breide beschermende kleding en
gezichts bescherming. Omdat met
name de activators voor een betoncen-
trale 'vreemde' hulpstoffen zijn, was
besloten hiervoor op de betoncentrale
aparte doseerinrichtingen te monteren.
En ondanks de zorgvuldige voorberei-
ding ging het tijdens de eerste veld-
proef al gelijk verkeerd. De combinatie
droge activator en gemalen hoog-
ovenslak wilde niet lossen uit silo. Met
als gevolg dat de truckmixer vijftig
minuten heeft staan wachten voordat
beide charges waren geladen. Aange-
zien in de eerste charge ook het ver-
eiste aanmaakwater al aanwezig was,
startte de polymerisatie en ging de
wachttijd ten koste van de verwerkings-
tijd. Controle van de vloeimaat gaf ech-
ter aan dat deze extra wachttijd nauwe-
lijks enige invloed heeft gehad.
Ook het bemonsteren kostte nog een
kleine tien minuten en vervolgens nog
twintig minuten rijden naar de bouw-
plaats. We kunnen dus uitrekenen hoe-
veel tijd er nog restte om de elementen
te storten: circa tien minuten. Dat ging
dus niet lukken. Terwijl bij aanvang van
het lossen de betonspecie, zij het stug,
nog wel was te verwerken, klonk vrijwel
op de 90 minuten nauwkeurig de kreet
'stoppen, onverwerkbaar'. Gelukkig
was met dit scenario rekening gehou-
den en is de ketel van de truckmixer
gered door onmiddellijk een paar
kubieke meter water en een paar ton
grof grind te doseren. Hiermee is het
snel reagerende geopolymeerbeton in
de ketel in stukken geslagen en kon het
materiaal in brokken worden gelost.
Bij een herhaling van deze veldproef is
uiteraard een aantal maatregelen door-
gevoerd die het doseren, mengen en
brengen sneller moesten doen verlopen.
Onder andere is gezorgd voor extra
lucht op de silo en een tweede truck-
mixer. Zolang de betonspecie maar
binnen de geplande negentig minuten
werd verwerkt, werd het gedrag tijdens
het storten niet als afwijkend ervaren.
Het merendeel van de elementen is
vanuit de 'goot' gestort maar er is
tevens een deel via de kubel gestort.
Uiteindelijk zijn alle geplande elementen,
referentie, droge en natte activator,
vervaardigd tezamen met tientallen
proefstukken waarvan de resultaten
nu langzaam worden verzameld. De
0
50
100
150
200
250
300
natte activator CEM111/B
CO
2footprint [kg/t binder]
transport
activator
slak incl. malen en granuleren
droge activator
7
Carbon footprint berekend
op één ton bindmiddel
(i.v.m. gebrek aan gegevens
is er geen waarde toegekend
aan de vertrager)
0 mm
100 mm
200 mm
300 mm
400 mm
500 mm
600 mm
700 mm
10 min. 45 min. 90 min.
referentiebeton
droge activator
natte activator
droge activator met geoptimaliseerde vertrager
5
Resultaten schudmaat veldproef L-elementen
6
Schudmaat veldproef L-elementen
p20_Artikel 3 26 04-06-15 13:40
27 VAKBLAD I 2 2015
betrokken partijen Van Hattum en Blan-
kevoort, Mebin en ENCI hebben geza-
menlijk afgesproken om te zijner tijd
deze resultaten te delen met het daar-
voor bestemde platform binnen de
Green Deal Beton.
Praktijk ervaring: Agrarische
toepassing
Voor de nieuwe melkpoederfabriek van
Vreugdenhil Dairy Foods in Gorinchem
is voor het eerst in Nederland op grote
schaal geopolymeerbeton toegepast.
In totaal is een kleine 400 m 3 geopoly-
meerbeton van Van Nieuwpoort Beton-
mortel toegepast in betonvloeren voor
losplaatsen (foto 1).
Melk dat bij de losplaatsen wordt
gemorst, verzuurt en op langere ter-
mijn blijkt melkzuur, zeker in combina-
tie met vrachtverkeer, zeer agressief
voor regulier beton. Zelfs beton op
basis van hoogovencement in milieu-
klasse XA3 wordt binnen enkele jaren
sterk aangetast. Ook diverse alternatie-
ven, waaronder overlagen met asfalt,
bleken onvoldoende bestand. Daarom
heeft Vreugdenhil gekozen voor geo-
polymeerbeton, dat bekend staat om
zijn hoge weerstand tegen zuren. Ver-
wacht mag worden dat de vloeren
minstens tweemaal zo lang, mogelijk
zelfs tot viermaal zo lang meegaan als
een reguliere betonvloer. CSH-gel is
niet langdurig bestand tegen zuren en
lost hierin langzaam op. Zuur kan bij
regulier beton ook makkelijk binnen-
dringen in poriën die zijn gevuld met
calciumhydroxide en calciumcarbo-
naat. Bij geopolymeerbeton ontbreken
deze met kalk gevulde poriën en heeft
de CSH-gel een dichtere structuur,
waardoor de aantasting door zuren
aanzienlijk langzamer verloopt dan bij
regulier beton.
Van Nieuwpoort begon in 2010 met
een uitvoerig onderzoeksprogramma
naar geopolymeerbeton; de eerste
proefstorts vonden reeds in 2012
plaats. Op basis van de daarmee opge-
dane kennis en ervaring kan nu relatief
eenvoudig op grote schaal geopoly-
meerbeton worden gestort. Dit type
beton kan met de gebruikelijke materi-
alen worden verpompt en verwerkt.
Voorafgaand aan de stort van de eerste
grote betonvloer, is nog specifiek geke-
ken naar het monolitisch afwerken van
dit type beton. Dit blijkt eveneens met
de gebruikelijke middelen te kunnen,
waarbij het tijdstip waarop met afwer-
ken kan worden begonnen goed kan
worden gestuurd en ook bij lage tem-
peraturen kan worden beperkt tot min-
der dan zes uur.
Gekozen is voor een geopolymeerbe-
ton waarvan het bindmiddel voor
100% uit gemalen gegranuleerde
hoogovenslak en droge activators
bestaat. De druksterkte van het geopo-
lymeerbeton bedraagt bij 20 °C na
twee dagen circa 20 MPa en na 28
dagen circa 40 MPa. De specie had een
schudmaat van gemiddeld 550 mm.
Deze consistentie werd tot ruim een uur
na aanmaak behouden. Een langer
behoud van consistentie is wel moge-
lijk, maar resulteert in langere tijden
voordat met afwerken kan worden
begonnen.
Essentiële vragen
Een succesvolle introductie van een
alternatief bindmiddel op basis van geo-
polymeren, valt of staat met de beant-
woording van de volgende vier vragen:
? Is er milieuwinst te behalen, met
andere woorden: is de carbon foot-
print beter dan de referentie op basis
van traditioneel cement? Het ant-
woord hierop is ja. Berekend aan de
hand van de CO 2-uitstoot op basis
van de afzonderlijke grondstoffen,
wint geopolymeerbeton het zelfs van
beton op basis van hoogovencement.
? Is er een prijsvoordeel voor het beton
op basis van geopolymeren ten
opzichte van de referentie op basis
van traditioneel cement? Vooralsnog
is het antwoord hierop nee. De toe te
passen activators en vertragers zijn
(nog) dermate kostbaar dat de kost-
prijs van een kubieke meter beton-
specie anderhalf tot twee keer hoger
ligt ten opzichte van traditioneel
beton.
? Is de prestatie van het beton met
geopolymeren op het gebied van
sterkte en duurzaamheid vergelijk-
baar of beter dan de referentie op
basis van traditioneel cement? Op
basis de literatuur en het hier gerap-
porteerde praktijkonderzoek, lijkt
zuur- en sulfaatbestendigheid en de
weerstand tegen chloride-indringing
een duidelijke meerwaarde. Andere
schademechanismen als vorst- en
dooizoutaantasting en weerstand
tegen carbonatie vragen om nader
onderzoek.
? Is er regelgeving voor handen op
basis waarvan opdrachtgevers of
ontwerpers beton gebaseerd op geo-
polymeren kunnen specificeren en
voorschrijven? Ook dit antwoord is
nee. Er is/wordt al heel veel gemeten
aan geopolymeerbeton en met elke
proef doen we meer ervaring op.
Krimp en kruip lijken factoren waar -
mee terdege rekening moet worden
gehouden.
Het is vrijwel onmogelijk om deze vier
vragen voor de Nederlandse betonmarkt
generiek te beantwoorden. Daarvoor zijn
de toepassingen van beton te divers.
Een betontegel vraagt nu eenmaal om
een andere betonsamenstelling dan een
voorgespannen breedplaatvloer. Maar
er zijn ook kansen; misschien krijgen we
andere toepassingen voor beton door
andere eigenschappen en wordt beton
op basis van geopolymeer breder inzet-
baar. Denk aan het hier beschreven
praktijkvoorbeeld voor zuurbestand-
heid en aan het vermogen om hogere
thermische belastingen aan te kunnen.
Kortom, er ligt nog heel veel onder-
zoekwerk voor ons.
Literatuur
1. Davidovits, J., Geopolymer, Chemistry &
Applications. Geopolymer Institute 2014.
2. Provis, J.L., Deventer, J.S.J. van, Alkali
Activated Materials: State-of-the-Art
Report. RILEM TC 224-AAM, 2014.
p20_Artikel 3 27 04-06-15 13:40
Reacties
Guus Voermans - Guus Voermans 04 april 2017 18:51
Beste redactie, helaas ben ik nog geen lid maar het is de overweging waard. Kom uit de werktuig en machine bouw en ontwikkel productie processen en installaties voor zeer uiteenlopende industrieën. Op dit moment zit ik verlegen om de volgende informatie; Wat kost geopolymeerbeton en waar kan ik het kopen. Ik begrijp dat het een beetje kort door de bocht voor u klinkt maar ik kom in mijn speurwerk hierna helaas geen bedragen tegen . Mocht u mij kunnen helpen graag ik loop dood. Vriendelijke Groeten Guus Voermans Uitvinder Kunstenaar