voor technologie en uitvoering van beton 3 2017 Schoonbeton op de bouwplaats Shanghai Tower ? CO 2-opname beton ? Meten milieuprestaties ? Bijscholing 01-Cover.indd 1 06-10-17 14:31 Alle ingrediënten wikken en wegen. Het mengsel verfijnen, afgestemd op uw wensen. Dat is waar ENCI voor staat: Nederlands cement, waarvan we de volledige keten bewaken ? geproduceerd in constante kwaliteit, geleverd in heel Nederland. Voor u op maat, voor u op smaak. ENCI cement de perfecte mix voor uw beton. 17802-NL-V1-ad Betoniek-enci-225x297+3mm.indd 1 18/09/17 10:51 Advertentie Betoniek oktober 2017 aangepast.indd 1 26-09-17 16:40 3 VAKBLAD I 3 2017 Inhoud Minder, minder? Nederland wordt groener. Een leefbaar en houd- baar land waar we met elkaar nog heel lang het hoofd boven water blijven houden, daar kan niemand tegen zijn. En het ligt daarbij ook nog eens in onze aard om het beste mensje van de klas te willen zijn; Nederland als gidsland in duurzaamheid. Verbeteren stelt eigenlijk weinig voor, zeker voor onze nationale koopmansgeest: Weten waar je staat, doelen bepalen en vervolgens aan de slag gaan, moeilijker is het allemaal niet. Dan is het wel opmerkelijk dat het SMART maken van groene doelen in de betonsector al gauw leidt tot emotionele discussies in de media. Vreemd, want meten blijft weten en als we niet weten waar we staan en ook niet weten waar de lat ligt, dan wordt het lastig om te laten zien dat we beter worden. Deze uitgave gaan twee artikelen in op het SMART maken van de vergroening van ons vak. Minder is dan al gauw beter, zeker bij sustainabi- lity. Minder bouwen met minder beton met daarin minder en schoner cement. Hoe moeilijk kan dat zijn??Eigenlijk best moeilijk, want we willen ook graag iets bouwen dat blijft staan en dat er ook nog toonbaar uitziet. Ook die aspecten verliezen we in deze editie niet uit het oog met de artikelenserie over schoonbeton en het examen Beton technoloog BV. Verder kijken we samen weer over de grens met het artikel over de funderingsplaat van de Shanghai Tower; zelf hier is 'minder' de basis van het succesontwerp. Ik wens u veel leesplezier in de overtuiging dat ook deze uitgave een bijdrage levert aan een houdbare wereld waarin we niet alleen maar 'groen-roepen', maar ook 'groen-doen'! Hans Kooijman Hoofdredacteur Betoniek Vakblad Voor reacties: hanskooijman@betoniek.nl Uitgekiend stortplan voor funderingsplaat Shanghai Tower 60.000 m 3 beton in 60 uur, geslaagd ondanks risico op scheurvorming. 4 Examen Betontechnoloog BV Het kennisniveau van de hedendaagse betontechnoloog getoetst in tien vragen. 8 Schoonbeton op de bouw- plaats Verwerking van schoonbeton essentieel voor goed resultaat. 10 Balans tussen emissie en opname CO 2 Hoeveel van de bij productie vrij- gekomen CO 2 wordt weer door het beton opgenomen? 16 Milieuprestaties beton beoordeeld Hoe wordt de prestatie van beton gemeten in diverse duurzaam- heidstools? 22 Vraag en antwoord 13 Hoe zorg ik voor goede bijscholing van personeel? 28 Oktober 2017 jaargang 5 En verder online/service 31 Verdichten van betonspecie 03-Inhoud.indd 3 06-10-17 14:27 auteurs Jian Gong 1) Tongji University, Shanghai Construction Group Co., Ltd., Weijiu Cui, Yong Yuan 1) Tongji University Ononderbroken stort van 60 000 m 3 beton met beperking risico op scheurvorming 1) Dit is een vertaalde bewerking van een Engelstalige paper van Jian Gong\ , Weijiu Cui, Yong Yuan voor het fib-symposium 2017 in Maastricht. 1 Betonstort voor de fundering van de Shanghai Tower Uitgekiend stortplan voor funderingsplaat Shanghai Tower projectgegevens project Shanghai Tower ontwikkelaar/eigenaar Shanghai Tower Construction & Development Co. Ltd. (Shanghai, China) hoofdaannemer Shanghai Construction (Shanghai, China) architect Gensler (New York, Verenigde Staten) lokale ontwerporganisatie Architectural Design and Research Institute of Tongji University (Shanghai, China) adviseur constructies Thornton Tomasetti Inc. (New York, Verenigde Staten) Constructie Shanghai Tower Over het constructief ontwerp van de Shanghai Tower is in Cement 2016/5 het artikel 'Innovatieve constructie voor Shanghai Tower' verschenen. Dit artikel is beschikbaar op www.cementonline.nl. 4 VAKBLAD I 3 2017 4_Shanghai.indd 4 06-10-17 14:24 Ontwerp Shanghai Tower De Shanghai Tower valt op door zijn getordeerde vorm en vooral zijn hoogte (fig. 2)\ . Na de Burj Khalifa in Dubai (830 m) en Tokio Skytree (634 m) is dit het derde hoogste gebouw van de wereld (momenteel wordt gebouwd aan de Jeddah Tower in Saoedi-Arabië, die met meer dan 1000 m het hoogste gebouw zal worden). De toren in Shangha\ i beslaat een grondoppervlak van circa 30.000 m 2 en heeft een totaal vloeroppervlak van circa 580.000 m 2, waarvan zich 410.000 m 2 boven maaiveld bevindt en 170.000 m 2 onder maaiveld. Totale kosten bedragen circa 2,2 miljard Amerikaanse dollars. De 126 verdiepingen tellende toren (121 bovengronds en 5 ondergronds) \ is verdeeld in negen verticale, op elkaar gestapelde zones, met commerciële ruimten in het podiumge- deelte (zone 1), kantoren in de zones 2 tot en met 6, hotelkamers en appartementen in zones 7 en 8 en observatielagen in zone 9 (fig. 3). De zones worden gescheiden door twee installatieverdiepingen en een vluchtveilige verdieping. 3 De toren is verdeeld in negen verticale, op elkaar gestapelde zones 3 De toren is verdeeld in negen verticale, op elkaar gestapelde zones zone 9 zone 8 zone 7 zone 6 zone 5 zone 4 zone 3 zone 2 zone 1 I n grote massieve betonconstructies, ook wel massabeton genoemd, bestaat een verhoogd risico op scheurvorming. Dit is het gevolg van de hydratatie- warmte, die ontstaat na de chemische reactie tussen cement en water, en vooral de afkoeling. Door die afkoeling wil het beton krimpen, ook wel thermische krimp genaamd. Als deze krimp wordt verhin- derd, ontstaan er spanningen die als ze groter zijn dan de treksterkte van het beton tot scheurvorming leiden. De verhindering van de vervorming wordt veroorzaakt doordat het beton bij afkoeling al enigszins is verhard en dus niet vrij kan vervormen. Ook als beton Met 632 m hoog is de Shanghai Tower het hoogste gebouw in China en het op twee na hoogste gebouw ter wereld. Uitdaging was het beperken van de hydratatiewarmte en het risico op scheurvorming in de enorme ter plaatse gestorte funderings- plaat. Hiervoor was speciale aandacht nodig voor het beton- mengsel en het stortplan. tegen bestaand beton wordt aangestort, is er sprake van verhinderde vervorming. Temperatuurspanningen ontstaan ook door grote temperatuurverschillen over de doorsnede. Er wordt wereldwijd veel onderzoek gedaan naar het beperken van scheurvor- ming in massabeton. Diverse richtlijnen zijn er opgenomen in bijvoorbeeld Code for Construction of Mass Concrete [1] en Eurocode 2 [2]. Daarin zijn onder meer een maximale stortsnelheid en een minimaal interval tussen twee storts opgenomen om temperatuurontwikkeling te beheer- sen. Er wordt in de praktijk veel aandacht besteed aan het verlagen van de hydrata- tiewarmte en het beperken van de accu- 2 Locatie en omgeving van de Shanghai Tower, bron: Courtesy to Shanghai Tower 5 VAKBLAD I 3 2017 4_Shanghai.indd 5 06-10-17 14:24 mulatie van die warmte, bijvoorbeeld door koel leidingen in te storten of in lagen te storten. Deze maatregelen werken echter sterk kostenverhogend. Fundering De Shanghai Tower is gefundeerd op een dikke funderingsplaat. Gezien de enorme afmetingen is ook hier sprake van massabe- ton. Het betreft een cirkelvormige funderingsplaat (fig. 4) met een diameter van 123 m (fig. 5). De dikte van de plaat bedraagt 6,0 m, aan de randen afnemend tot 1,6 m. Het totale volume van de plaat bedraagt 60.000 m 3. Het beton voor dit constructieonderdeel moest in één continue stort worden aan- gebracht. Stortnaden waren niet toege- staan en ook koeling was niet mogelijk. Belangrijke uitdaging was het voorkomen van problemen ten aanzien van scheur- vorming. De oplossing is gevonden in een uur, niet boven de 65 °C uitkwam. De con- clusie van de proef was dat het mengsel geschikt was om daadwerkelijk toe te passen. De temperatuurontwikkeling in de funderingsplaat is vooraf gesimuleerd en uiteindelijk in het werk gemonitord. De gemeten waarden kwamen redelijk goed overeen met de berekende waarden (fig. 6). Alleen bij de piektemperatuur was er een klein verschil van maximaal 2 °C. Ook de sterkteontwikkeling van het toege- paste mengsel is beproefd op basis van drukproeven met kubussen. Waarden zijn weer gegeven in figuur 7. Hieruit volgde een 28-daagse kubusdruksterkte die tel- kens hoger was dan 50 MPa. Storten Uitgangspunt was dat de funderingsplaat binnen 60 uur moest worden gestort. Om dat te bereiken, is het stortplan nauwkeu- rig uitgewerkt. Er zijn zes betonmortel- centrales ingezet, met een totale capaci- teit van 1250 m 3/uur en 355 truckmixers, met een gemiddelde capaciteit van 8 m 3. Voor de betonstort is gebruikgemaakt van een groot aantal betonpompen waar- mee de funderingsplaat vanaf maaiveld- niveau werd gestort. Meestal vindt de stort bij dergelijke platen van de ene naar de andere zijde plaats. Door de grote afmetingen van de plaat zou die afstand in dit geval te groot worden. Daarom is gekozen in het midden te starten en zo naar buiten toe te werken. Er is bij de keuze voor het aantal en type betonpompen onderscheid gemaakt tus- betonmensgel met beperkte hydratatie- warmte en een uitgekiend stortplan dat een onafgebro- ken stort mogelijk moest maken. Betonsamenstelling Het belangrijkste doel van het mengsel- ontwerp was het beperken van de hydra- tatiewarmte. Er is gekozen voor een plaat- selijk geproduceerd cement met een relatief lage hydratatiewarmte van 220 kJ/ kg en 289 kJ/kg op respectievelijk drie en zeven dagen. Het mengsel bestaat naast portlandcement uit vliegas en slak (tabel 1). Dit heeft geleid tot een extra reductie van de warmteontwikkeling van 22,3% op drie dagen en 13,5% op zeven dagen. Om het cementgehalte bij een gelijkblijvende water-cementfactor te beperken, is een superplastificeerder (polycarboxylaat ether) toegevoegd. Dit resulteerde in een verdere reductie van de hydratatie- warmte van 37,3% en 24,6% op drie res- pectievelijk zeven dagen. Het mengsel moest een kubusdruksterkte hebben van 50 MPa op 28 dagen en een zetmaat van 180 mm. Voor een goed beeld van de prestaties van dit mengsel is een proefstort gedaan met een blok beton van 6,0 × 8,0 × 3,0 m 3. Uit metingen bleek dat de maximale tem- peratuur, die werd bereikt na 48 tot 72 megakolommegakolom kern funderingsplaatfunderingsplaat hoekkolomhoekkolom 103.500 6000 1600 123.000123.000 6000 1600 Tabel 1 Betonsamenstelling bestanddelen waarde wbf 0,36 water 160 l cement (CEM I 42,5) 240 kg slak (S95) 120 kg vliegas 80 kg zand 760 kg grind (5-25 mm) 1030 kg hulpstof (polycarboxylaat ether) 4,4 l 4 Horizontale doorsnede draagconstructie en aanzicht de cirkelvormige funderings- plaat 5 Langsdoorsnede funderingsplaat Massabeton Over massabeton is eerder in Betoniek Vakblad 2014/4 het artikel 'Massabe- ton, neem het niet te licht' versche- nen, naar aanleiding van een studie van Stufib en Stutech. Dit artikel is beschikbaar op www.betoniek.nl. 6 VAKBLAD I 3 2017 4_Shanghai.indd 6 06-10-17 14:24 sen mobiele en stationaire betonpompen. Mobiele betonpompen hebben veel flexi- biliteit en een hoge capaciteit maar het bereik is relatief beperkt. Voor dit project waren twee soorten mobiele pompen beschikbaar, één met een bereik van 56 m en één met een bereik van 48 m. Omdat de maximale stortafstand 61,5 m bedroeg (straal van de plaat), kon niet de volledige plaat met deze mobiele pompen worden gestort. Om het middelste gebied te bereiken, waren daarom ook stationaire pompen nodig, die een groter bereik hebben. Gebaseerd op het bereik van de verschil- lende betonpompen is de plaat ingedeeld in drie zones. De middelste zone 1, met een totaal volume van 880 m 3, de tussen- zone 2, met een volume van 10.150 m 3 en de buitenste, grootste zone met een volume van 48.950 m 3 (fig. 8). Er is gestart met het storten van het bin- nenste gebied met de stationaire pom- pen. Op het moment dat het beton het aangrenzende gebied bereikte, werd gestart met de volgende zone. Omdat de afscheiding van twee zones nooit exact recht is, liepen deze gedeeltelijk in elkaar over. Positie betonpompen De mobiele betonpompen met een bereik van 56 m zijn gepositioneerd op de vier platforms die binnen de cirkel zijn gelegen en die voorafgaand waren gebruikt voor het ontgraven van de bouwput. De overige pompen stonden rondom de cirkel. Mede gebaseerd op ervaring vertaald naar deze situatie, is gekozen voor zes stationaire betonpompen. De theoretische capaciteit van de beton- pompen bedroeg respectievelijk 40 m 3/u (stationaire pomp), 80-100 m 3/u (mobiele 56 m-pomp) en 60-80 m 3/u (48 m-pomp). De gemiddelde stortsnelheid zou niet onder de 1000 m 3/u mogen komen (gezien het doel 60.000 m 3 in 60 uur te storten). Met die gegevens is uiteindelijk gekozen voor acht mobiele 48 m-pompen. Daarmee bedroeg de stortsnelheid: Vs = Q 1 · N 1 + Q 2 · N 2 + Q 3 · N 3 = 40 · 6 + 80 · 4 + 60 · 8 = 1040 (m 3/u) 8 Het stortplan met stortzones en opstel- ling betonpompen 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 30 40 50 60 70 80 sterkteontwikkeling [MPa] leeftijd [dagen] No.1 No.2 No.3 No.4 No.5 No.6 0 200 400 6008001000 20 30 40 50 60 70 temperatuur [°C] tijd [uren] gemeten gesimuleerd grens stortzone stortvolume zone 1: 900 m 3 mobiele 56 m-pomp mobiele 48 m-pomp stationaire pomp zone 2: 10150 m 3 zone 3: 48950 m 3 6 Warmteontwikkeling berekend versus gemeten 7 Ontwikkeling kubusdruksterkte van mengsel uit zes betonmortelcentrales 7 VAKBLAD I 3 2017 4_Shanghai.indd 7 06-10-17 14:24 Bij deze configuratie was de 60.000 m 3 beton dus in theorie in 60 uur te storten. Storten in de praktijk Tijdens het storten bleken de stationaire betonpompen niet helemaal aan de ver- wachtingen te voldoen. De flexibiliteit en de stortsnelheid vielen tegen. Om die reden zijn uiteindelijk vier extra 48 m-pompen geïnstalleerd in plaats van de zes stationaire pompen. Vanwege de grote verkeersdrukte kon de theoretische stortsnelheid toch niet wor- den gehaald. Voor de nabehandeling zijn plasticfolie en canvasdoeken gebruikt, in totaal vier lagen (van onder naar boven: folie-canvas-folie-canvas). Hiermee kon worden voorkomen dat het beton te sterk zou afkoelen aan het oppervlak. Uiteindelijk is de vloer in één continue stort van 63 uur gestort, zonder koe- ling. Voor zover bekend is dit de groot- ste continue betonstort ooit. Een uitgekiend mengselontwerp en een slim stortplan waren essentieel om dit mogelijk te maken. Uit de temperatuur- metingen bleek dat het risico op scheurvorming bovendien voldoende beperkt is gebleven. Literatuur 1 GB50496-2009: Code for Construc- tion of Mass Concrete. Beijng, China Plan Press, 2009. 2 Eurocode 2, Design of Concrete Structures, Part 1-1, General Rules and Rules for Buildings. British Standards Institution, 2004. Betontechnoloog BV: Test je kennis in 10 vragen Ex a m e n I eder jaar wordt de nieuwste lichting deelnemers aan de cursus Betontech- nologie (bte) van de Betonvereniging getoetst op haar kennis. Betoniek publiceert de examenresultaten, de vragen en de antwoorden. Zo kunnen ook anderen hun actuele kennis toetsen en ontstaat een beter beeld van het kennisniveau waaraan de hedendaagse betontechnoloog moet voldoen. Het examen van dit cursusjaar bevatte tien vragen, onder meer over een voor- gespannen verkeersbrug en de van toepassing zijnde milieuklasse. Het examen werd afgenomen bij 27 kandidaten. 17 kandidaten haalden een voldoende, wat neerkomt op een slagingspercentage van 63%. Uitwerkingen De vragen uitwerkingen van het Examen Betontechnologie BV zijn beschikbaar op www.betoniek.nl Mochten in dit examen termen voor komen waarover u meer wilt weten, kijk dan eens op www.betonlexicon.nl 1 Voorgespannen brug 8 VAKBLAD I 3 2017 4_Shanghai.indd 8 06-10-17 14:24 60 e digitaal beton de Doelen Rotterdam 16 november Betonvereniging 19\f7 - \f017 \f0 e B\bTONPRIJS 40 e \bNCI Studieprijs \9 60 e B\bTONDAG Beto nprijs 2017 20 e editie 7 90 jaar Betonvereniging 90 jaar Betonveren\!iging een feest van techniek ! We hebben wat te vi\!eren! Met veel jubilea d\9it jaar. Als Betonverenig\9ing bestaan we 90 j\9aar, het is alweer de 6\90 e keer dat we de Be\9tondag organiseren\9 en de Betonprijs en \bNCI \9Studieprijs worden\9 voor de \f0 e en 40 e keer uitgereikt. Het thema van deze\9 Betondag is \figitaal Beton. Digitaal bouwen, m\9et nieuwe ontwikke\9lingen en techniek\9en, neemt de laatste j\9aren een enorme vl\9ucht. Tijdens inte\9ressante inlooplezingen en \9presentaties nemen\9 we de bezoekers m\9ee in de digitalisering van\9 de bouw. Nieuw dit jaar is \9de 'beton-banen-markt\ ', waarbij we werkg\9evers en (toekomstige) w\9erknemers bij elka\9ar brengen. Ter ere van ons jubileum hebben wi\9j een bijzonder mi\9ddagprogramma geor\9gani- seerd dat wordt ve\9rzorgd door onder \9andere één van Ned\9erlands bekendste couturie\9rs: Add\b van den Krommena\!cker. Hij geeft een lezing, een mo\9de-presentatie met \9modellen en toont \9zijn ready to wear coll\9ectie. Verder is er een whisk\b proeverij in casino ambiance, l\9ive muziek op vers\9chillende locaties\9 en kunt u deelnemen aan een \9walking dinner. Kortom, de 60 e Betondag wordt ee\9n feest dat u niet\9 wilt missen. \ben mooie mix van l\9eren, ontdekken, o\9ntmoeten en vooral\9 genieten. Naamloos-4 1 05-10-17 14:19 auteurs Wiljan de Moor Movares, Richard Giesen Cementbouw Invloed van verwerking op resultaat schoonbeton S choonbeton is beton waarbij speci- fieke esthetische eisen aan het oppervlak zijn gesteld. Schoonbeton vraagt (speciale) aandacht, zowel in het ontwerp als in de uitvoering. De wen- sen en verwachtingen moeten helder zijn, de juiste maatregelen voor de bekistingen moeten worden getroffen en het beton moet op de juiste manier zijn samengesteld. Dat alles biedt echter nog geen garantie dat het resultaat ook daadwerkelijk naar wens is. Daarvoor moet ook de verwerking van de betonspecie op de bouwplaats zorg- vuldig gebeuren. Storten In de eerste plaats gaat het om het op de juiste manier storten van het beton. Een stortplan is daarbij een noodzake- lijk hulpmiddel. Met een dergelijk plan wordt afgedwongen dat een aannemer vooraf bedenkt hoe hij zijn werkzaam- heden zal gaan uitvoeren waarmee ver- rassingen worden voorkomen. Bij het storten zelf moeten stortsnelheid, stort- hoogte, verdichting en consistentie op elkaar zijn afgestemd. Het begint bij een continue aanvoer van de betonspecie. Daarmee moet worden verzekerd dat het storten zonder onder- breking kan plaatsvinden. Onderbrekin- gen kunnen namelijk leiden tot afteke- ning van stortfronten. Vanzelfsprekend moet de kwaliteit van het aangeleverde betonmengsel constant zijn. Dat geldt onder meer voor de consistentie van de betonspecie, zoals in het artikel 'Schoon betonmengsel' van deze serie (Betoniek Vakblad 2017/2) is aangegeven. Belang- rijk is te beseffen dat wanneer beton wordt verpompt, het gaat om de consis- tentie aan het einde van de pomp, terwijl de betoncentrale de bestelde consistentie levert vóór de pomp. Zoals zo vaak geldt ook bij schoon- beton: een goede voorbereiding is het halve werk. Een goede voorbereiding is echter niet genoeg. Een zorgvuldige verwerking op de bouwplaats is min- stens zo belangrijk. Schoonbeton op de bouwplaats 10 VAKBLAD I 3 2017 2_Schoonbeton.indd 10 06-10-17 14:25 auteurs Wiljan de Moor Movares, Richard Giesen Cementbouw Een van de belangrijkste aandachts- punten bij het betonstorten is het voorkomen van grindnesten, ontmen- ging en luchtinsluitingen (foto 2). Daartoe moet de storthoogte ? de afstand tussen de uitloop van betonspecie en het niveau waarop de betonspecie terechtkomt ? worden beperkt (foto 3). In de praktijk is het gangbaar de storthoogte te limiteren tot maximaal 1 m. Hoogten tot boven 1,5 m moeten zeker worden voorko- men. Om de afstand terug te dringen, kan een stortzak of stortkoker worden ingezet. Door een beperkte stort- hoogte wordt ook het spatten op de bekisting tijdens het storten tegenge- gaan. Meer over de storthoogte staat in de Vraag-en-antwoord-rubriek van Betoniek Vakblad 2017/1. Artikelenserie schoonbeton Dit artikel is een onderdeel van een serie over de realisa- tie van schoonbeton. In eerdere afleveringen is inge- gaan op onder meer de invloed van de bekisting en de betonsamenstelling en op de rol van de schoonbeton- coördinator. Alle artikelen uit deze serie zijn te raad- plegen op www.betoniek.nl/schoonbeton. 1 Tunnelgebouw Drontermeertunnel is mooi voorbeeld van schoonbeton 2 Schade door onvoldoende verdichting betonspecie 3 Storthoogte moet ook bij het verpompen worden beperkt Schoonbeton op de bouwplaats Het beton moet op het reeds aanwe- zige verse beton worden gestort en niet op of tegen de wapening. Gebeurt dit wel dan kan, door het wegslaan van de grotere delen, ontmenging optreden. De hoogte van de stortlagen moeten worden beperkt tot circa 300 à 500 mm. Bij dikkere lagen zal tijdens het verdichten de lucht uit de betonspecie onvoldoende kunnen ontsnappen. 11 VAKBLAD I 3 2017 2_Schoonbeton.indd 11 06-10-17 15:54 verband tussen de doorsnede van de trilnaald, het gebied rond de trilnaald dat wordt verdicht en de verdichtings- afstand (tabel 1, fig. 5). Het is van belang dat er niet te lang maar ook zeker niet te kort wordt getrild. Een richtlijn is dat moet worden getrild totdat de betonspecie gaat 'glanzen'. Dat komt vooral aan op 'fingerspitzengefühl' van de stortploeg. Daarbij moet de stortsnelheid worden aangepast aan de benodigde triltijd en niet andersom. Zelfverdichtend beton In plaats van traditioneel verdicht beton kan ook worden gekozen voor zelfverdichtend beton (ZVB) ? beton met hoge vloeibaarheid en een hoge weerstand tegen ontmengen. ZVB is zeer geschikt voor toepassing als schoonbeton. Het resultaat is een meer homogene grijstint. Opgemerkt moet worden dat ZVB-mengsels vaak erg kritisch zijn en dat door een hoge vloei- baarheid nagenoeg alle oneffenheden in de bekisting zichtbaar zullen zijn (foto 6) Meer over de (on)mogelijk- heden van ZVB staat in de recente uitgave van Betoniek Standaard 16/20 'Zelf verdichtend beton: haarlemmerolie?'. Wapening Om goed te kunnen storen en verdichten, is een juiste configuratie van de wape- ning nodig. Zo moet de maaswijdte groot genoeg zijn en ook ter plaatse van overlappingslassen moet er vol- doende ruimte aanwezig zijn. Op die manier wordt een goede doorstroom voor de betonspecie verkregen en kan met de trilnaald de betonspecie overal goed worden verdicht. Dit zijn aspecten waarmee al in het ontwerp rekening moet worden gehouden. Ook in de uitvoering moet extra aan- dacht aan de wapening worden besteed. Zo moet de wapening onder- ling goed worden gefixeerd, zodat het meetrillen ervan tijdens het verdichten wordt voorkomen. Daarnaast moet zo veel mogelijk worden vermeden dat de wapening met de trilnaald wordt Tabel 1 Invloedssfeer verdichten diameter trilnaald effectieve verdichting verdichtings- afstand ca. 28 mm ca. 300 mm 450 mm ca. 36 mm ca. 400 mm 600 mm ca. 50 mm ca. 550 mm 825 mm ca. 57 mm ca. 750 mm 1125 mm ca. 65 mm ca. 900 mm 1350 mm r 1,5 r Verdichten Na het storten moet de betonspecie worden verdicht. Door het verdichten wordt de bekisting tot in elk hoekje gevuld en wordt ingesloten lucht uit- gedreven (foto 4). Bij storten in lagen moet circa 100 mm in de vorige laag worden doorgetrild, zodat deze lagen onderling goed worden vermengd. Het belang van zorgvuldig en gelijkmatig verdichten, tot en met de allerlaatste stortlaag, kan niet genoeg worden benadrukt. De meest gangbare manier van ver- dichten is het gebruik van trilnaalden. Het beste is de trilnaald door eigen gewicht verticaal in de betonspecie te laten zakken en rustig omhoog te halen, zodat lucht mee naar boven kan worden genomen en aan het oppervlak kan ontsnappen. Als de trilnaald te snel omhoog wordt gehaald, zal lucht in de betonspecie achterblijven, ook aan het bekistingsoppervlak. Het is hierbij ook van belang dat wordt voorkomen dat de trilnaald de bekisting beschadigt. Het trillen moet op regelmatige af- standen in een regelmatig patroon gebeuren en dus niet kriskras over het oppervlak. Zo wordt voorkomen dat er plekken worden overgeslagen en er grindnesten ontstaan. Er is een direct 5 Invloedssfeer verdichten 6 Bij toepassing van zelfverdichtend beton worden alle oneffenheden in de \ bekisting zichtbaar. 4 Door het verdichten van betonspecie wordt de bekisting tot in elk hoekje\ goed gevuld, en wordt lucht uit de betonspecie en ingesloten lucht uitgedreven 12 VAKBLAD I 3 2017 2_Schoonbeton.indd 12 06-10-17 14:25 geraakt (foto 7) Het trillen van de wapening kan immers leiden tot een zichtbaar wapeningspatroon in het betonoppervlak (foto 8) Om deze af- tekening te vermijden, moet de beton- dekking op de wapening voldoende zijn. In CUR-Aanbeveling 100 (CUR100) wordt aanbevolen de dek- king niet kleiner te kiezen dan 35 mm. Verder bestaat er bij horizontale vlak- ken een risico dat roestwater op de bekisting blijft liggen. Daarmee ontstaan hardnekkige roeststrepen of -vlekken die zich moeilijk laten verwij- deren. Dit is vooral een aandachtspunt bij grotere constructies, waarbij het lange tijd duurt voordat het beton wordt gestort. Het regelmatig schoon- spuiten van de bekisting kan een oplossing zijn. Roestafzetting kan ook worden veroor- zaakt door binddraad. Daarom is het met name bij horizontale constructie- onderdelen, waarvan de onderzijde in het zicht blijft, aan te bevelen thermisch verzinkt binddraad toe te passen. Ook als de constructie eenmaal is gestort, moet men ervoor zorgen dat uitstekende of stekwapening het beton- oppervlak niet kan vervuilen. In CUR100 wordt onder meer aanbevolen dat wapening tegen regenbelasting moet worden beschermd. Dit kan bijvoorbeeld door uitstekende wape- ning in te pakken of te cementeren (insmeren met een mengsel van cement en water, foto 9). Dit blijft maanden werkzaam. In CUR100 staat verder dat de bekisting vóór het storten goed moet worden gereinigd. Vanzelfsprekend moet geen wapening worden opgeslagen op al gestort beton, om vervuiling van het betonoppervlak met roeststrepen te voorkomen. Afstandhouders Bij schoonbeton moeten afstandhou- ders worden gekozen die niet zichtbaar zijn aan het oppervlak. De vorm moet worden afgestemd op de verwerkbaar- heid van de betonspecie. De beton - specie moet de ruimte rondom de afstandhouders immers volledig kun- nen opvullen. Bij horizontale delen moeten geen afstandhouders worden toegepast waarbij vuilinsluiting kan optreden. Resten van binddraadjes en zand kunnen hieronder blijven zitten. In CUR100 wordt aanbevolen cement- gebonden afstandhouders toe te passen met een ronde kop en voorzien van een dubbele kunststofwapenings- klem. Bij gekleurd beton moeten afstand houders in de juiste kleur worden toegepast. Ontkisten Het tijdstip van ontkisten kan van invloed zijn op het uiterlijk en vooral op de kleur van het beton. Om kleur- verschil te voorkomen, wordt geadvi- seerd zo veel mogelijk uit te gaan van gelijke verhardingscondities en gelijke gewogen rijpheid bij ontkisten. Vooral in de prefab industrie is dit een belang- rijk aandachtspunt. Elementen welke op vrijdag worden gestort blijven lan- ger in de bekisting dan "door de weekse elementen" welke maximaal 1 dag in de mal blijven en krijgen daar- door een afwijkende grijstint. Om dit te voorkomen zullen op vrijdag gestorte elementen op zaterdag moeten 7 Kokers ter geleiding voor de trilnaad aangebracht in de wapening 8 Wapening tekent zich af aan het oppervlak 9 Uitstekende wapening gecementeerd 13 VAKBLAD I 3 2017 2_Schoonbeton.indd 13 06-10-17 14:25 worden ontkist of er moet voor geko- zen worden op vrijdag niet te storten. Beton dat uit de kist komt, heeft vaak nog niet de definitieve kleur. Door verdergaande hydratatie zal het beton naar verloop van tijd iets lichter kunnen worden. Bij toepassing van hoogoven- cement kan na het ontkisten zelfs een blauwkleuring ontstaan (foto 10). Dit is geen reden tot zorg. Deze blauw- kleuring verdwijnt vanzelf na verloop van tijd. Nabehandelen Voor elk betonoppervlak is goed nabe- handelen essentieel. Voor schoonbeton is dit nog belangrijker. Nabehandeling voorkomt dat het oppervlak uitdroogt en er onvoldoende water beschikbaar is worden nagedacht en overlegd over de methode van nabehandeling. De duur van de nabehandeling moet ten minste voldoen aan nabehande- lingsklasse 3 volgens NEN-EN 13670. Voor meer informatie zie het artikel 'Het belang van een goede nabehandeling' in Betoniek Vakblad 2016/2. Afwerken Het stortvlak van het beton, ofwel het beton dat niet tegen een bekisting wordt gestort, is doorgaans nogal ruw. Dit vlak moet na het storten worden afgewerkt. Dat kan door gebruik te maken van een houten, stalen of kunst- stof schuurbord. Vloeren worden vaak mechanisch afgewerkt (gevlinderd). De resultaten van de afwerkingsmethoden verschillen (zie tabel 2). Wanneer plaatnaden niet goed op elkaar aansluiten, kan tijdens het stor- ten cementwater wegvloeien (foto 11). Na het ontkisten is dan een 'zanderige' streep zichtbaar. Esthetisch, maar ook uit oogpunt van duurzaamheid (plaat- selijk minder dichte betondekking) Tabel 2 Resultaten afwerkingsmethoden afwerkingsmethode resultaat houten schuurbord enigszins ongelijkmatig ? ruw oppervlak stalen schuurbord een vlak, glad oppervlak kunststof schuurbord oppervlak tussen hout en staal in vlinderen (spiegel)glad oppervlak voor een volledige hydratatie van met name het betonoppervlak. Nabehan- delen kan door het beton af te dekken, nat te houden of te besproeien met curing compound. Het laten staan van de bekisting is ook een goede vorm van nabehandeling. Daarom is het wenselijk de bekisting lang genoeg te laten staan en bij gelijke rijpheid te ontkisten (zie kop 'Ontkisten'). Het gebruik van curing compound is bij schoonbeton overigens niet altijd wen- selijk. Bij het niet egaal aanbrengen van dit nabehandelingsmiddel kan er tint- of kleurverschil ontstaan. Ook kan curing compoud leiden tot biologische aangroei (zie artikel 'Inzicht in biologi- sche aangroei op beton' in Betoniek Vakblad 2017/1). Ook het afdekken met folie kan niet altijd worden toe- gepast omdat dit kan leiden tot kalk- vlekken. Het nathouden van het beton- oppervlak wordt niet aangeraden voor betonoppervlakken die door dooizou- ten kunnen worden belast. Kortom, in geval van schoonbeton moet goed 10 Blauwkleuring beton bij toepassing van hoogovencement 14 VAKBLAD I 3 2017 2_Schoonbeton.indd 14 06-10-17 14:25 Bekistingsmembraan Een optie voor het verkrijgen van schoonbeton is het toepassen van een m\ embraan tussen de bekisting en de betonspecie. Tijdens het storten en verdichten zorgt het membraan voor de afvoer van (\ overtollig) water en lucht uit de betonspecie aan de binnenkant van de bekisting. Hierdoor on\ tstaat een kwalitatief goed betonop- pervlak zonder luchtbellen. Door het toepassen van een bekistingsmembraan o\ p de bekisting is het betonop- pervlak niet glad maar heeft het een enigs- zins jutestructuur. Nadeel is dat door het membraan de kleur van het beton donker- der en 'vlekkerig' kan worden. Ook bestaat er een risico op het ontstaan van vouwen in het membraam die na het ontkisten in het oppervlak zichtbaar blijven. Het toe- passen van een bekistingsmembraan is dan ook lang niet altijd geschikt voor schoonbeton, tenzij er een coating op het betonoppervlak wordt aangebracht. Een bekend voorbeeld van een membraan is Zemdrain(een bekistingsmembraam), dat bestaat uit gevlochten polypropyleen- vezels (foto 13). moet dit worden gerepareerd met een geschikte cementgebonden reparatie- mortel. De kleur van die mortel moet zo veel mogelijk overeenkomen met het omliggende beton. De reparatie zal wel altijd zichtbaar blijven en de levens- duur ervan is vaak maar beperkt. Beter is dus het weglopen van cementwater te voorkomen. Als toleranties voor de plaatnaden wor- den overschreden, zal het resultaat ook niet naar wens zijn. Ook dit kan worden gerepareerd, maar het zal moeilijk zijn dit qua kleur en structuur netjes te krij- gen. Soms kan het esthetisch netter zijn grote plaatnaden te accepteren. Bij veel betonconstructies is het toepas- sen van centerpennen niet te voorko- men. Een bekisting zonder centerpen- nen is nu eenmaal (veel) duurder dan een bekisting mét centerpennen. Het duurzaam en netjes afwerken van cen- terpensparingen vraagt veel aandacht. De keuze van afwerking en het vak- manschap van de afwerker zullen het eindresultaat bepalen. In CUR100 staat in artikel 4.4 een aantal voorbeelden van mogelijke afwerkingen van center- pensparingen. Hieruit kan door de ontwerpende partij een keus worden gemaakt. Een andere reden die om afwerking vraagt, is de aanwezigheid van lucht- bellen aan het oppervlak. Ook hiervoor geldt dat voorkomen altijd beter is dan genezen. Tot slot Vaststaat dat er op de bouwplaats veel aandacht nodig is voor mooi schoon- beton. Het verwerken van beton is echt vakwerk. Veel zal afhangen van de erva- ring en deskundigheid van de stort- ploeg. Gezond verstand blijft in ieder geval altijd nodig! Schuine wanden Schuine wanden zijn in de uitvoering een speciaal geval. Luchtbellen hebben minder kans aan het beton te ontsnap- pen en zullen sneller zichtbaar zijn. Toe- passing van een bekistingsmembraan is dan ? met inachtneming van de nadelen als genoemd in het kader 'Bekistings- membraan' ? een goede optie. Zelfs toepassing van zelfverdichtend beton bij schuine wanden biedt wel enige ver- betering maar nog geen garantie op een strak en luchtbelvrij oppervlak. Geraadpleegde bronnen ? CUR-Aanbeveling 100: 2013 ? Schoonbeton ? specificatie, uitvoe- ring en beoordeling van beton - oppervlakken waaraan esthetische eisen worden gesteld. ? Uitvoering Schoon Beton, VOBN. 12 Een licht uiterlijk van betonnen wand, ver- kregen door toevoe- ging van pigment (titiaandiioxide) aan het betondmengsel 11 Het wegvloeien van cementwater moet worden voorkomen 15 VAKBLAD I 3 2017 2_Schoonbeton.indd 15 06-10-17 14:25 auteur ir. Edwin Vermeulen MBA Cement&BetonCentrum Hoe zit het nu werkelijk met de CO 2-emissie en -opname door beton Balans tussen emissie en opname CO 2 Ongeveer 7% van de CO 2 die wereldwijd door toedoen van de mens in de atmosfeer komt, wordt veroorzaakt door de pro- ductie van cement. In Nederland, wereldwijd koploper in het gebruik van cementsoorten met een lage CO 2-footprint, is deze bijdrage slechts 1%. Een deel van de bij de productie van cement vrijgekomen CO 2 wordt weer opgenomen door carbo- natatie van beton, mortels en betongranulaat. Naar schatting bedraagt dit circa 25%. In dit artikel wordt de relatie tussen CO 2, cement en beton met cijfers toegelicht en volgt een berekening van de CO 2-emissie en -opname voor de Nederlandse situatie. CO 2-emissie bij de productie van cement Bij de productie van zogeheten port- landcementklinker, de belangrijkste grondstof voor cement, komt veel CO 2 vrij. Het grootste gedeelte, circa 55%, is het onvermijdelijke gevolg van de chemische reactie bij de productie, de zogeheten calcinatie van kalksteen. Hierbij wordt kalksteen (CaCO 3) omge- zet in vrije kalk (CaO) en CO 2. Het gaat hierbij om ongeveer 510 kg CO 2 per ton klinker. Daarnaast is circa 35% van de CO 2-footprint afkomstig van de fos- siele brandstoffen die voor de klinker- oven worden gebruikt en circa 10% is CO 2 diverse cementsoorten Portlandcement bestaat voor het groot- ste gedeelte uit portlandcementklinker en heeft van de reguliere cementsoorten dan ook de hoogste CO 2-emissie: circa 880 kg CO 2 per ton cement voor een CEM I 52,5 R. Bij andere cementsoorten zoals hoogovencement en portland- vliegascement wordt een deel van de portlandcementklinker vervangen door secundaire grondstoffen uit andere pro- ductieprocessen (ijzer, elektriciteit). Hier- door hebben deze cementen een veel gunstiger CO 2-profiel. Zo heeft hoog- ovencement CEM III/B een CO 2-emissie van circa 280 kg per ton cement. afkomstig van het elektriciteitsverbruik voor de cementmaling (fig. 2). Verlaging CO 2-emissie Om deze emissie te verlagen, zoekt de cementindustrie naar alternatieve klin- kersoorten en wordt gekeken naar de mogelijkheid de bij de calcinatie vrijko- mende CO 2 af te vangen. De CO 2-emis- sie als gevolg van de verbranding van fossiele brandstoffen kan worden ver- laagd door het gebruik van alternatieve brandstoffen. In Nederland, België en Duitsland is het gebruik van fossiele brandstoffen hierdoor met meer dan 60% gereduceerd. 16 VAKBLAD I 3 2017 1_CO2opname_beton.indd 16 06-10-17 14:26 Eerder verschenen artikelen over CO 2- opname: ? CO 2-footprint beton veel lager dan gedacht (29 november 2016, Betoniek.nl) ? Geclaimde CO 2-opname beton onjuist (10 februari 2017, Betoniek.nl) Zie www.betoniek.nl/CO 2 1 Geluidswal A2 2 CO2-emissies bij de productie van portlandcement Gemiddeld bedraagt de emissie in Nederland 490 kg CO 2 per ton cement. Emissie ten opzichte van totaal Zoals aangegeven wordt ongeveer 7% van de CO 2 die wereldwijd door toedoen van de mens in de atmosfeer komt, veroorzaakt door de productie van cement. In de westerse wereld ligt het aandeel van de cementproductie in de totale CO 2-emissie een stuk lager dan 7%. CO 2-emissie Europa In Europa bedraagt de CO 2-emissie van de cementindustrie circa 2,5% van de 55% 35% 10% CO 2-emissies productie portlandcement calcinatie cementmaling fossiele brandstoffen totale emissie en in de VS circa 1,5%. Het wereldwijde gemiddelde wordt vooral door China omhooggetrokken ? hier bedraagt de CO 2-emissie door cementproductie zo'n 10%. Dat weegt zwaar door want China neemt meer dan 50% van de wereldwijde cement- productie voor haar rekening. CO 2-emissie Nederland In Nederland bedroeg de totale CO 2- emissie in 2015 circa 165 miljoen ton [2]. In dat jaar werd 4,0 miljoen ton cement verbruikt (dus inclusief geïm- porteerd cement). Met een gemid- delde emissie van 490 kg CO 2 per ton 17 VAKBLAD I 3 2017 1_CO2opname_beton.indd 17 06-10-17 14:26 cement bedroeg de CO 2-emissie dus bijna 2,0 miljoen ton. Dit komt overeen met 1,2% van de totale CO 2-emissie in Nederland. Dit relatief lage percentage is vooral het gevolg van de groot - schalige toepassing van hoogoven - cement met een hoog slakpercentage (CEM III/B). Ter vergelijking: verkeer en vervoer veroorzaakte in 2015 20% van de CO 2- emissie en de gebouwde omgeving 15%. De landbouwsector (hoofdzakelijk de glastuinbouw) droeg in 2015 4% bij en de overige industrie en energiesector droegen 60% bij. In figuur 4 worden deze percentages weergegeven. Het voor cement genoemde percentage is, in tegenstelling tot de overige percenta- ges, inclusief import waarbij de emissies feitelijk in het buitenland plaatsvonden. CO 2-opname door carbonatatie Beton veroorzaakt niet alleen CO 2-emis- sie. Gedurende de levensduur van betonnen constructies en in de recy- clingfase neemt het beton ook CO 2 op. Dit proces, carbonatatie genaamd, com- penseert een deel van de CO 2-emissie als gevolg van de productie van cement. Als alle calcium uit het beton reageert met CO 2, zal er per ton portlandce- ment 490 kg CO 2 worden gebonden. Dit is eenvoudig te bepalen en terug te vinden in de literatuur. Bij de CSH-gel zal dat niet gebeuren; ook onder rela- tief gunstige omstandigheden zoals buiten beschut blijft de carbonatatie- graad van de CSH-gel beperkt tot 50%. Samen met de volledige carbonatatie van calciumhydroxide en gedeeltelijke carbonatatie van andere fasen in de cementsteen wordt daardoor in de gecarbonateerde zone van beton buiten beschut 370 kg CO 2 per ton portlandcement vastgelegd. De mate waarin beton CO 2 opneemt, is van zeer veel factoren afhankelijk. Van invloed zijn onder andere de cement- soort, de water-cementfactor, de dikte van een constructie, de vochtcondities, het gebruik van coatings, het cement- gehalte, de levensduur van een con- structie en in de recyclingfase de wijze en duur van de opslag en de korrelver- CO 2-emissie beton in Nederland Bijna al het cement (circa 90%) wordt toegepast in beton. Interessant is het dus te weten wat de CO 2-emissie gerelateerd aan de productie van betonmortel is (in- clusief de productie en transport van de grondstoffen). Deze wordt bij beton- mortel voor meer dan driekwart bepaald door het cement (2015: 78% [3]). Bij betonproducten ligt dit aandeel nog hoger, doordat het aandeel hoogoven- cement hier lager is dan in de betonmor- telindustrie. De CO 2-emissie gerelateerd aan de betonproductie in Nederland bedraagt daardoor (inclusief productie en transport van al dan niet geïmpor- teerde grondstoffen) minder dan 1,5% van de totale CO 2-emissie in Nederland. Betonstaal Dit percentage is exclusief het in gewa- pend beton toegepaste staal. Bij de pro- ductie van 1 ton wapeningsstaal komt 1360 kg CO 2 vrij [4]. In Nederland werd in 2015 naar schatting maximaal 455.000 ton wapenings- en voorspans- taal gebruikt (cijfers in [5] gecorrigeerd voor 2015) oftewel gemiddeld ruim 30 kg per m 3 beton (in 2015 werd circa 14 miljoen m 3 beton geproduceerd). Dit komt overeen met 620.000 ton CO 2 per jaar oftewel 0,4% van de totale CO 2- emissie in Nederland. Ondanks het rela- tief kleine volume staal in beton maakt staal hierdoor circa 20% van het totale CO 2-profiel van (gewapend) beton uit. 4 CO 2-emissie in Nederland (o.a. [2]) 3 Cementoven 5 Betonconstructie in de open lucht 1% 60% 4% 20% 15% CO 2-emissie Ne derland 2015 cement incl. import overige industrie en energiesector landbouw verkeer en vervoer gebouwde omgeving 18 VAKBLAD I 3 2017 1_CO2opname_beton.indd 18 06-10-17 14:26 deling van het betongranulaat. De relaties tussen deze factoren en de CO 2-opname zijn goed bekend en vast- gelegd in formules. Deze formules zijn eenvoudig toe te passen op een beton- element. Ook voor een complete beton - constructie kan met deze formules een goede inschatting worden verkregen van de CO 2-opname, maar voor een heel land en zeker voor de hele wereld lijkt dat nauwelijks te doen. Toch is er voor de gehele wereld een poging gedaan. In november 2016 zijn de resultaten hiervan gepubliceerd in een artikel in Nature Geoscience [1]. Om een inschatting te krijgen van de CO 2- opname door beton in Nederland wor- den er twee methoden gehanteerd. Begonnen wordt met het vertalen van de conclusies van het artikel in Nature Geoscience naar de Nederlandse situa- tie. Vervolgens wordt er zelf gerekend op basis van de formules in de norm EN 16757 (Product Category Rules voor beton en betonelementen). Interpretatie artikel Nature voor Nederland In het artikel in Nature stellen de onder- zoekers dat 43% van de CO 2 die vrij- komt bij de calcinatie weer door het beton wordt opgenomen, dus circa 220 kg CO 2 per ton portlandcement (43% van 510 kg). Dit zou volgens hetzelfde artikel overeenkomen met een CO 2- opname ter grootte van 2,5% van de wereldwijd door de mens veroorzaakte CO 2-emissies. Voor de berekeningen is per werelddeel en soms per land een zeer uitvoerige inventarisatie gemaakt van de benodigde gegevens. Het betreft onder andere de cementproductie vanaf 1930, het aandeel hiervan in mor- tels vanaf 1980, de onderverdeling naar toepassingsgebied (o.a. woningen, kan- toren en civiele werken), de toegepaste sterkteklassen vanaf 1980 per toepas- singsgebied, de gemiddelde cementge- halten vanaf 2001, de vochtcondities (binnen, buiten beschut, buiten on- beschut, nat en onder de grond), de levensduur van constructies, de duur van de opslag van betongranulaat, de gemiddelde betondikte per toepassing, de korrelverdeling van betongranulaat en de cementsoort. Correctie voor Nederlandse situatie De genoemde 2,5% is niet direct van toepassing voor de Nederlandse situa- tie, omdat wereldwijd hoofdzakelijk met portlandcement wordt gewerkt. De CO 2-emissie van beton met hoog- ovencement is minder dan bij portland- cement en dat geldt ook voor de CO 2- opname. Beton met hoogovencement carbonateert weliswaar sneller dan beton met portlandcement, maar des- ondanks wordt hierbij minder CO 2 vast- gelegd. Verder wordt wereldwijd veel meer cement in dunne, relatief poreuze pleisterlagen toegepast dan in Neder- land. En in die dunne lagen wordt meer CO 2 opgenomen dan in beton. Tot slot wijkt de verhouding beton/CO 2-emissie per inwoner in Nederland af van het wereldwijde gemiddelde. Voor deze drie factoren moet de conclusie in Nature worden gecorrigeerd. Correctie voor slakgehalte Het slakgehalte van beton in Nederland bedroeg in 2015 gemiddeld circa 40% van het totale bindmiddelgehalte. In [6] wordt aangegeven dat portlandcement 47% van haar (totale) CO 2-emissies vastlegt en cement met 80% slak slechts 20%. Lineair interpoleren levert voor 40% slak een CO 2-opname van 33,5% op. Ten opzichte van de 47% voor portlandcement is dit een reductie van 28,7%. Afgerond kan dus worden aangenomen dat voor de Nederlandse situatie de CO 2-opname ongeveer 30% lager zal zijn dan het wereldwijde gemiddelde. De correctiefactor voor het hoge aandeel slak is dus 0,7. Correctie voor mortel In het artikel in Nature wordt gesteld dat 30% van het geproduceerde cement wordt toegepast in mortel, ter- wijl de mortel verantwoordelijk is voor 70% van de CO 2-opname. Dit komt door de over de hele wereld grootscha- lige toepassing van mortels in dunne pleisterlagen. In Nederland bedraagt het aandeel mortel echter geen 30% maar grofweg 10% van het totale cementvolume. Van die 70% CO 2- opname door mortel blijft dan maar 23% (33% van 70%) over. Het aandeel beton in de CO 2-opname van 30% kan voor Nederland worden verhoogd naar 38% (90/70 ? 30). De correctiefactor voor het lagere aandeel mortel wordt hierdoor 0,61. Correctie voor beton/CO 2-emissie Tot slot moet worden gecorrigeerd voor het verschil in de verhouding beton/ CO 2-emissie per inwoner in Nederland en het wereldwijde gemiddelde. In Nederland rijden we per inwoner meer auto, vliegen meer, gebruiken meer gas en elektriciteit, eten meer vlees en pro- duceren meer goederen dan de gemid- delde wereldburger. Hierdoor stoten we per Nederlander bijna 10 ton CO 2 per jaar uit terwijl dat voor de gemiddelde wereldburger 5 ton is. In Nederland wordt ongeveer 0,8 m 3 beton per inwo- ner geproduceerd. Wereldwijd is dit naar schatting 1,5 m 3 per inwoner (berekend op basis van 7,35 miljard mensen en een productie van 4,6 mil- jard ton cement in 2015 waarvan 70% in beton wordt toegepast met gemid- 6 Betongranulaat 19 VAKBLAD I 3 2017 1_CO2opname_beton.indd 19 06-10-17 14:26 deld 300 kg cement per m 3). In Neder- land is dus de helft minder (jong) beton om CO 2 op te nemen en wordt twee- maal zoveel CO 2 uitgestoten. De hier- voor benodigde correctiefactor op de in Nature genoemde 2,5% wordt dus 0,27 (0,8/1,5)/(10/5). Met deze drie correctiefactoren blijft van de in Nature genoemde 2,5% voor Nederland slechts 0,29% over (2,5% ? 0,7 ? 0,61 ? 0,27). Fors lager dus, maar daar staat natuurlijk tegen- over dat de CO 2-emissie gerelateerd aan het cementverbruik in Nederland slechts 1,2% van de totale CO 2-emissie in Nederland bedraagt in plaats van het wereldwijde gemiddelde van circa 7%. Op basis van deze berekening kan wor- den geconcludeerd dat in Nederland beton door carbonatatie bijna 25% (0,29% t.o.v. van 1,2%) van de CO 2 die vrijkomt bij de productie van cement weer opneemt. Berekening CO 2-opname volgens EN 16757 Om de opname van CO 2 te bepalen, kan ook gebruik worden gemaakt van regelgeving. De norm EN 15804 [7] geeft basisregels voor het opstellen van milieuverklaringen van bouwproducten en dus voor het uitvoeren van LCA-ana- lyses. In aanvulling daarop is er de norm EN 16757 [8] die regels geeft voor EPD's (Environmental Product Declarati- ons) voor beton en betonproducten. In bijlage BB van EN 16757 worden richt- lijnen gegeven om de CO 2-opname door carbonatatie te berekenen. Het gaat hierbij om de opname gedurende de gebruiksfase (module B in EN 15804) en gedurende de eindelevens- duurfase (module C). Gebruiksfase De basisformule voor de berekening van de CO 2-opname in de gebruiksfase is als volgt: CO 2-opname (kg/m 2) = k ? (? t/1000) ? Utcc ? C ? D c (1) waarin: k is de k-factor voor de carbonatatie - diepte (tabel 1) t is de levensduur in jaren Utcc is de maximale theoretische CO 2- opname in kg per kg cement (0,49 kg voor CEM I) C is het cementgehalte in kg per m 3 beton D c is de carbonatatiegraad (tabel 1) Voor het aandeel slak, vliegas, kalksteen en silica fume worden er vanwege de sneller verlopende carbonatatie correc- tiefactoren voor de k-factor gegeven. Voor slak zijn deze factoren: 1,20 voor 30 tot 40% slak, 1,25 voor 40 tot 60% slak en 1,30 voor 60 tot 80% slak. De Utcc moet ook worden gecorrigeerd voor de cementsoort. Voor het aandeel slak zou volgens EN 16757 geen CO 2- opname moeten worden gerekend. Deze conservatieve benadering is geko- zen omdat er onvoldoende bronnen zijn om in een norm een waarde vast te leggen voor de CO 2-opname door carbonatatie van hoogovencement. In andere bronnen worden voor slak waar- den tot 0,24 kg genoemd. Op basis van de eerdergenoemde literatuur lijkt een waarde van 0,14 kg CO 2/kg slak realis- tisch om mee verder te rekenen. Berekeningen Voor een enkel betonelement is het met bovenstaande formules eenvoudig om de CO 2-opname in de gebruiksfase te berekenen (zie kader 'Voorbeeldbereke- ning'). Om dit voor een heel land te berekenen, is het noodzakelijk veel aan- namen en forse vereenvoudigingen toe te passen. Hiervoor is een spreadsheet gemaakt met vijf categorieën toepas- singen: woningbouw, utiliteitsbouw, civiele constructies, mortels en beton- waren. Voor deze categorieën zijn apart voor betonmortel en betonproducten het volume, de gemiddelde sterkte- klasse, het gemiddelde slakgehalte, het gemiddelde cementgehalte en de gemiddelde dikte ingevuld. De vijf toe- passingsgebieden zijn weer onderver- deeld naar de in tabel 1 genoemde vijf vochtcondities. Formule (1) is daarmee vijftigmaal toegepast. Uitgegaan is van 14 miljoen m 3 beton in 2015 en een levensduur van 60 jaar. Berekend wordt wat deze 14 miljoen m 3 gedurende de levensduur aan CO 2 zal opnemen. Omdat beton vooral in de eerste jaren veel CO 2 opneemt, het volume aan beton al decennia in orde van grootte constant is en het gehalte aan slak in de afgelopen decennia is gestegen, geeft deze benadering een redelijke tot con- servatieve inschatting van de jaarlijkse opname van CO 2 door het in Neder- land aanwezige beton. Verder kunnen de parameters zoals gemiddelde sterk- teklasse, cementgehalte en gemiddelde constructiedikte conservatief worden gekozen, zodat ook het eindresultaat een conservatieve schatting is van de totale CO 2-opname. Op deze wijze berekend bedraagt de jaarlijkse CO 2- opname door beton (minimaal) 365.000 ton. Einde levensduur In de eindelevensduurfase wordt het beton gebroken tot betongranulaat, waardoor het oppervlak sterk wordt ver- groot en daarmee ook de CO 2-opname. Deze CO 2-opname is eenvoudiger te berekenen. Hoeveel CO 2 door betongra- nulaat van 1 m 3 beton wordt opgeno- men, is echter wel een punt van discus- sie. EN 16757 noemt een conservatieve waarde van 5 kg CO 2 per m 3, maar stelt Tabel 1 k-factoren en carbonatatie als functie van sterkteklasse en vochtconditie\ s [8] vochtconditie k-factor carbonatatiediepte CEM I (mm/?jaar) carbonatatie- graad (D c) C15-C20 C25-C35 > C35 buiten onbeschut 2,71,61,1 0,85 buiten beschut 6,64,42,7 0,75 in de grond (boven grondwater) 1,10,80,5 0,85 binnen met coating 6,94,62,7 0,40 binnen zonder coating 9,96,63,8 0,40 20 VAKBLAD I 3 2017 1_CO2opname_beton.indd 20 06-10-17 14:26 Tabel 2 CO 2-emissies als percentage van de totale CO 2-emissie in Nederland vochtconditie CO 2-emissie CO 2-emissie minus opname cement 1,2%0,9% beton 1,5%1,2% beton inclusief wapeningsstaal 1,9% 1,6% dat op de langere termijn voor beton met 300 kg CEM I zou kunnen worden uitgegaan van 110 kg CO 2 per m 3. In een concept CEN Technical Report wordt hiervoor een waarde van 22 kg CO 2 per m 3 voorgesteld. Als deze 22 kg als uitgangspunt wordt genomen voor portlandcementbeton en wordt gecorri- geerd voor het aandeel slak, neemt de jaarlijkse 12 miljoen ton betongranulaat 83.000 ton CO 2 per jaar op. In totaal neemt beton in Nederland dus jaarlijks 448.000 ton CO 2 op. Ten opzichte van de totale CO 2-emissie in Nederland gaat het om 0,27%. Conclusies berekeningen CO 2-opname De vertaling van de conclusies in Nature naar de Nederlandse situatie resulteert in een CO 2-opname van 0,29% van de totale CO 2-emissie in Nederland. De op EN 16757 gebaseerde berekening zit hier met 0,27% opvallend dichtbij. De basisuitgangspunten zijn natuurlijk wel hetzelfde, maar de berekeningen zijn geheel los van elkaar gemaakt en de rekenmethodieken verschillen sterk. Ondanks deze dicht bij elkaar liggende uitkomsten moet worden bedacht dat er in beide gevallen (inclusief de bereke- ningen in Nature) zeer veel aannamen en schattingen aan de berekeningen ten grondslag liggen. De werkelijke CO 2-opname zal vermoedelijk ergens tussen de 0,2 en 0,4% liggen. CO 2-emissie verder omlaag Beton is na water het meest geprodu- ceerde materiaal. Er wordt meer beton geproduceerd, zowel in gewicht als in volume, dan alle andere bouwmateria- len bij elkaar. Een significante netto - bijdrage van 1,2% aan de totale CO 2- emissie in Nederland (tabel 2) is dus begrijpelijk, hoewel Nederland wereld- wijd veruit koploper is in het gebruik van CO 2-arme cementen. Desondanks moet de CO 2-emissie uiteraard nog ver- der omlaag. De cementindustrie werkt daarom voortdurend aan nog verdere verlaging van de CO 2-emissie, onder andere door het gebruik van alterna- tieve en hernieuwbare brandstoffen, het steeds verder vervangen van klinker door andere componenten als slak en vliegas, en het gebruik van groene stroom voor cementmaling. Daarnaast worden mogelijkheden voor het afvan- gen van bij de klinkerproductie vrij - komend CO 2 onderzocht en worden mogelijke alternatieven voor portland- cementklinker ontwikkeld. Hopelijk kan cement hierdoor op de zeer lange ter- mijn, geholpen door de CO 2-opname door carbonatatie, CO 2-neutraal worden. Literatuur 1 Nature Geoscience, Substantial global carbon uptake by cement carbona- tion, november 2016. 2 www.emissieregistratie.nl. 3 Resultaten keurmerk Beton Bewust, VOBN, oktober 2016. 4 LCA Wapeningsstaal ? Branchestudie VWN, Stichting Adviescentrum metaal, juni 2015. 5 Update prioritering handelingsper- spectieven verduurzaming betonke - ten 2016, CE Delft, november 2016. Voorbeeldberekening Als voorbeeld wordt een betonnen wand genomen van 10 × 3 m 2, 300 mm dik en aan beide zijden buiten beschut. De sterkteklasse is C30/37 en het beton bevat 350 kg CEM III/A (50% slak) per m 3. De ontwerplevensduur is 50 jaar. Uit tabel 1 en de correctiefactor voor 50% slak volgt de k-factor (4,4 ? 1,25 = 5,5) en de carbonatatiegraad D c (0,75). De maximale theoretische CO 2-opname in kg per kg cement Utcc is 0,50 ? 0,49 + 0,50 ? 0,14 = 0,31. Uit formule (1) volgt de CO 2-opname in de gebruiksfase: 5,5 ? ?50/1000 ? 0,31 ? 330 ? 0,75 = 3,0 kg CO 2/m 2. Voor de gehele wand is dit 180 kg CO 2, wat overeenkomt met 20 kg per m 3 beton. De car- bonatatiediepte bedraagt na 50 jaar 5,5 ? ?50 = 39 mm. Zoals gesteld kan worden aangenomen dat na het bre- ken in enkele maanden circa 22 kg CO 2 per m 3 beton wordt opgenomen. In dit voorbeeld wordt dus totaal 42 kg/m 3 opgenomen. Uit- gaande van een CO 2-emissie van het cement van 440 kg/ton en dus 145 kg voor het cement in 1 m 3 beton, wordt dus 29% van de CO 2-emissie als gevolg van de productie van het cement weer opgenomen. Het totale verloop van de CO 2-opname wordt voor dit voorbeeld weergegeven in figuur 7. Weergegeven wordt de CO 2-opname als percentage van de oor- spronkelijke CO 2-emissie van het toegepaste cement. De sprong is het gevolg van het breken van het beton. 0 5 10 15 20 25 30 350 10 2030 405060 % CO 2-opname t.o.v. emissie cement tijd (jaren) CO 2-opname beton 7 CO 2-opname t.o.v. emissie 6 Life-cycle greenhouse gas emissions of blended cement concrete inclu - ding carbonation and durability' (Universidad Politecnica Valencia, Yepes Piqueras, V.; Alcalá González, J., 2014. International Journal of Life Cycle Assessment. 19(1):3-12. doi:10.1007/s11367-013-0614-0. 7 NEN-EN 15804:2012+A1:2013 en 'Duurzaamheid van bouwwerken ? Milieuverklaringen van producten ? Basisregels voor de productgroep bouwproducten'. 8 NEN-EN 16757:2017 en 'Duurzaam- heid van bouwwerkzaamheden ? Milieuverklaringen van producten ? Productcategorieregels voor vooraf vervaardigde betonproducten'. 21 VAKBLAD I 3 2017 1_CO2opname_beton.indd 21 06-10-17 14:26 Invloed van beton op milieuprestaties bij GWW aanzienlijk anders dan bij vastgoed Milieuprestaties b eton beoordeeld Deskundigen Sander Holm is Sustainability Manager bij BAM Bouw en Vastgoed, Martin de Graaf is Adviseur duurzaamheid / BREEAM-NL Coördinator bij BAM Bouw en Techniek en Eelco van der Weij is Senior Specialist Materiaal Technologie bij VolkerInfra. 22 VAKBLAD I 3 2017 Duurzaamheidstools.indd 22 06-10-17 14:23 Milieuprestaties b eton beoordeeld D e duurzaamheidsprestatie van een bouwwerk is niet langer een bij- komstigheid. Opdrachtgevers stellen concrete eisen waaraan aantoonbaar moet worden voldaan. Dat geldt zowel voor de gebouwen- als de infrasector. Hoe die prestatie wordt gemeten en gewaardeerd, is voor beide sectoren verschillend. Voor gebouwen moet vol- gens het Bouwbesluit 2012 de milieu- prestatie worden berekend. Bovendien eisen opdrachtgevers regelmatig een duurzaamheidskeurmerk, bijvoorbeeld van BREEAM-NL. In de GWW-sector wordt duurzaamheid vaak beloond door een fictieve korting op de inschrijfprijs, wat resulteert in de Eco- nomisch Meest Voordelige Inschrijving (EMVI). Het effect is hetzelfde: bouwers moeten steeds beter nadenken over maatregelen die bouwwerken duur zamer maken. Schaduwkostprijs Er zijn veel verschillende manieren om een bouwwerk duurzamer te maken. Denk daarbij aan materiaal, energie, water en afval, en milieubelastende emissies. Voor beton gaat het vanzelf- sprekend voornamelijk om het aspect materiaal. Om het milieueffect van materialen te kunnen beoordelen, wordt meestal gebruikgemaakt van de schaduwprijsmethode. Hiermee worden de verschillende milieueffecten (CO 2, SO 4, NO x, enz.) uitgedrukt in één getal, de schaduwkostprijs. Dit bedrag geeft een fictieve indicatie van de maat- schappelijke kosten die nodig zijn om de gevolgen (emissie en uitputting) van materiaalgebruik te bestrijden of compenseren. Nationale Milieudatabase Aan de basis van de schaduwprijs- methode liggen levenscyclusanalyses (LCA's). Met die analyses wordt de totale milieubelasting van een product bepaald ? dat wil zeggen: winning van de benodigde grondstoffen, productie, transport, gebruik en afvalverwerking. Dit gedurende de hele levenscyclus. 1 Bij de nieuwe zeesluizen in IJmuiden wordt beton toegepast met een groot aandeel hoogovenslak, foto: Topview Luchtfotografie Klimaat speelt in ons land een steeds grotere rol. Dat geldt ook voor de bouwsector. Dat is maar goed ook, want een groot deel van de milieuproblematiek is te relateren aan de gebouwde omgeving. Bij aanbestedingen is de milieuprestatie meer en meer een criterium. Om handen en voeten te geven aan die milieuprestatie en vergelijkingen mogelijk te maken, zijn er diverse beoordelingsmethoden beschikbaar. De redactie van Betoniek stak haar licht op bij Sander Holm, Martin de Graaf en Eelco van der Weij om na te gaan welke rol beton speelt bij deze beoordelingsmethoden. 23 VAKBLAD I 3 2017 Duurzaamheidstools.indd 23 06-10-17 14:23 Daarom wordt een LCA ook wel een wieg-tot-graf-analyse genoemd. De uitkomsten van de LCA's van veel- voorkomende bouwmaterialen zijn opgenomen in de zogenoemde Nationale Milieudatabase (NMD). Deze NMD wordt beheerd door de Stichting Bouw Kwaliteit (SBK) die ongeveer elk halfjaar een nieuwe versie uitbrengt. Ook voor beton zijn er gegevens op- genomen in de NMD. Dat aantal is niet uitputtend, zeker gezien het haast oneindige aantal varianten van beton. Vreemd is dat niet. Het uitvoeren van een LCA, en toetsing door een onafhan- kelijke partij, is een kostbare aangele- genheid. Daarom is het aantal varianten van beton dat in de NMB is genoemd veelal beperkt tot standaardproducten en -mengsels die in de praktijk veel wor- den toegepast. Toch zijn er steeds meer producenten die voor hun producten een afzonderlijke LCA hebben laten uitvoeren en daarmee een afwijkende (lagere) schaduwkostprijs hebben vastgesteld. Maar hoezeer het aantal producten in de database ook groeit, in de praktijk zal een toe te passen product lang niet altijd 100% overeenkomen met het product uit de database. Dat geldt zeker voor beton als halffabricaat, met wisselende grondstoffen en vele productielocaties. Vaak moet dan ook worden uitgegaan van een product dat er het meest op lijkt. Bij grote projecten, met grote volumes beton, kan het de moeite lonen een voor het project specifieke LCA te laten uitvoeren. Vooral bij grotere projecten in de GWW-sector, waar de invloed van het materiaal op de totale milieuprestatie aanzienlijk is, gebeurt dat steeds vaker. Tools Er zijn diverse tools die op basis van de gegevens uit de NMD en de hoeveel - heden materiaal, een totale schaduw- kostprijs ofwel milieukostenindicator (MKI) van een bouwwerk kunnen bepalen. Voor gebouwen wordt vaak gebruikgemaakt van de GPR-Gebouw, MRPI Freetool of de DGBC-materialen- tool. Deze laatste is ontwikkeld door de Dutch Green Building Council en is net als de MRPI Freetool gratis te downloa- den