VOOR TECHNOLOGIE EN UIT VOERING VAN BETON VAKBL AD 1 2022 Aan de slag met grondsto en HECHTING DEK VLOEREN ? GROF SECUNDAIR TOESL AGMATERIA AL ONTWIKKELINGEN GRONDSTOFFEN ? BR ANDWERENDHEID TUNNELS Cover.indd 1Cover.indd 1 26-04-22 09:5126-04-22 09:51 Heb je ook interesse om partner te worden, neem dan contact op met Marjolein Heijmans, 06-57676351 of via e-mail m.heijmans@aeneas.nl. Ook partner van Betoniek worden? Met het delen van kennis draagt Betoniek al sinds 1970 bij aan een goede kwaliteit van de bouw in Nederland. Dit doen we met hulp van onze partners, die net als wij het belang van kennis inzien. Tegenover deze ondersteuning staan een aantal privileges, zoals een hoge korting op licenties, aandacht in het vakblad en online en gratis gebruik van de vacaturebank. D e resultaten in CO 2-reductie en de verho- ging van de circulariteit die A. Jansen bereikt, wordt bijgehouden en gemoni- tord. Voor Jansen Beton geldt dat ze al veel ver- der zijn dan de doelen die landelijk zijn vastge- steld. Dit komt doordat zij betonmortel leveren met een zeer lage milieu-impact. Ook het per- Partner uitgelicht A. Jansen B.V. is een van de koplopers in het Betonakkoord. Dit akkoord, op 3 september 2018 door Jansen Beton B.V. (onderdeel van A. Jansen) ondertekend, is in het leven geroepen om de betonketen verder te verduurzamen. A. Jansen B.V. een van de koplopers in het Betonakkoord centage gerecycled materiaal dat zij nu al in het beton toepassen ligt zeer hoog. De betoncentrale in Son past bijvoorbeeld in de toeslagsto en al 65% gerecyclede grondsto en toe. Onlangs zijn, ten behoeve van het rapport ' Koploperaanpak Betonakkoord/onderbouwing koploperwaarden', de koplopers binnen het Beton- akkoord geïnter viewd door ABT B.V. Tijdens dit inter view werd gevraagd waar A. Jansen nu staat met ontwikkelingen om de milieu-impact van beton verder te verlagen. Hieruit bleek dat zij, samen met andere bedrijven, in Nederland voorop lopen wat betreft de milieuprestaties van ons beton. Een prestatie waar Jansen Beton trots op is! 2 VAKBL AD 1 2022 BV 4-2021 Partners + Partners uitgelicht.indd 2BV 4-2021 Partners + Partners uitgelicht.indd 2 26-04-22 10:1226-04-22 10:12 Betoniekers aller landen ! Wees gerust trouwe lezers van ons vakblad, ook zo rondom de eerste mei houdt de redactie zich niet bezig met politiek maar slechts met (uitvoering) techniek. Maar deze historische aanhef met oproep tot internationale vereniging van onze vernuftige krachten schoot mij als eerste te binnen toen ik terugdacht aan de succesvolle en aangename Betoniek partnerbijeenkomst van 30 maart in Ouderkerk aan de Amstel. Na het genot van een bezoek aan het innovatieve bruggenbouwwerk van partner Van Hattum en Blankevoort was het ? corona volente ? dan eindelijk zover: onze eerste partnerbijeenkomst. Het is mooi om te zien dat Betoniek een begrip is en blijft in de Nederlandstalige betonwereld en het was een genoegen om daarbij ook onze Belgische partners te ontvangen. Na een terugblik op onze activiteiten was er volop gelegenheid om ideeën uit te wisselen voor een verdere verdieping van de samenwerking met ? en tussen ? de Betoniekpartners. Daarbij waren ook voorstellen om te gaan werken aan een verdieping van de bijdrage van leden en lezers. Dus niet alleen delen van informatie via de bekende bladen, nieuwsbrief en website, maar ook als lezers zelf actief aan de slag met de verdieping van onderwerpen en het delen van er varingen. Waren sommigen bij de start van Betoniek Vakblad nog wat terughoudend met het delen van hun 'geheimen', nu wordt het voor iedereen zichtbaar dat het delen van kennis en innovaties ieders markt alleen maar vergroot en verbetert. Daarom bij deze dan ook een oproep aan alle lezers van Betoniek die daaraan een bijdrage willen leveren ? aan kennistafels, in discussie- groepen of expertpanels en meer ? om samen te werken aan een mooie ? grijze toekomst, dus? Betoniekers aller landen, verenigt u! Ik hoor graag jullie reactie en wens jullie ? mede namens mijn redactiecollega's ? veel leesplezier. Hans Kooijman Hoofdredacteur Betoniek Vakblad Voor reacties: hanskooijman@betoniek.nlHECHTING BETONNEN DEK VLOEREN Diverse maatregelen verbeteren hechting betonnen dekvloer aan onder vloer. 4 ONTWIKKELINGEN GRONDSTOFFEN IN BETON Kansen voor alternatieve cementen, alkali-geactiveerde bindmiddelen en alternatieve benaderingen. 12 BR ANDWERENDHEID TUNNELS Nieuwe inzichten in de risico's op spatten van onbeschermd beton in tunnels. 18 HET TOEPASSEN VAN GROF SECUNDAIR MATERIA AL IN BETON Literatuuronderzoek naar de mogelijkheden en eigenschappen van betongranulaat als eindopdracht voor de opleiding Beton- technologisch Adviseur. 24 MEI 2022 JA ARGANG 10 EN VERDER Partner uitgelicht/partners 2 Gesponsord bericht Hendriks 11 Gesponsord bericht Suivo 31 Online en ser vice 31 VOOR TECHNOLOGIE EN UIT VOERING VAN BETON VAKBL AD 1 2022 Aan de slag met grondsto en HECHTING DEK VLOEREN ? GROF SECUNDAIR TOESL AGMATERIA AL ONTWIKKELINGEN GRONDSTOFFEN ? BR ANDWERENDHEID TUNNELS Cover.indd 1Cover.indd 1 26-04-22 08:3226-04-22 08:32 Foto voorpagina: Betongranulaten, foto: A. Jansen Beton 3 VAKBL AD 1 2022 INHOUD BV 1-2022 redactioneel_inhoud.indd 3BV 1-2022 redactioneel_inhoud.indd 3 26-04-22 09:3826-04-22 09:38 DIVERSE MA ATREGELEN VERBETEREN HECHTING BETONNEN DEK VLOER A AN ONDERVLOER In diverse toepassingen worden monoliet afgewerkte betonnen dekvloeren op een constructieve betonnen ondervloer gestort. In verreweg de meeste gevallen worden die dekvloeren hechtend aangebracht op de ondervloer. Om de kwaliteit van de totale vloer te kunnen garanderen, is een goede hechting cruciaal. E r zijn diverse redenen om op een con- structievloer een betonnen dekvloer te storten (niet te verwarren met een cementdekvloer als afwerklaag). Ze worden bijvoorbeeld toegepast als druklaag op kanaalplaatvloeren (foto 1), op betonnen in-situvloeren wanneer een vlak en slijtvast opper vlak nodig is (tweelaagse vloeren), of bij het renoveren van bestaande vloeren (foto 2). In dat laatste geval is de dekvloer volledig ongewapend. Hechting betonnen DEK VLOEREN 4 VAKBL AD 1 2022 Auteur Niki Loonen, ABT ? Nick Ver voort, Van Berlo Groep BV 1-2022 2-hechting dekvloeren.indd 4BV 1-2022 2-hechting dekvloeren.indd 4 26-04-22 10:1426-04-22 10:14 MONOLIET Monolietvloeren of monoliet afgewerkte vloeren zijn betonnen vloeren waarvan het oppervlak, direct aansluitend aan het storten, in één arbeidsgang glad wordt afgewerkt door mechanisch afspanen (vlinderen). Een aparte vloerafwerking is daarbij dus niet nodig. De term monoliet wordt ook gebruikt voor hechtende betonnen dekvloeren die op een vergelijkbare manier, dus monoliet, worden afge- werkt. In dit artikel gaat het om deze laatste toepassing. SCHUIFSPANNING IN HET A ANSLUIT VL AK Een betonnen dekvloer kan bedoeld en onbe- doeld een interactie aangaan met de onderlig- gende constructievloer. Enerzijds kunnen er krimpverschillen tussen de constructievloer en de dekvloer ontstaan. Anderzijds kan er door belasting op de vloer of ver vorming van de constructievloer krachtswerking in de dek- vloer optreden. In beide gevallen treden er schuifspanningen op in het aansluitvlak tussen de constructievloer en de dekvloer. De hech-ting tussen beide vloerdelen moet er voor zorgen dat deze spanningen kunnen worden opgenomen. Gebeurt dat niet, dan treedt onthechting op. Schuifspanningen door krimp Wanneer de dekvloer door afkoeling en/of (zelf)uitdroging krimpt ten opzichte van de constructievloer ontstaat er trekspanning in de dekvloer en drukspanning in de constructie- vloer. Uitgaande van een 200 mm dikke con- 1 Monoliet afgewerkte druklaag op een kanaalplaatvloer 2 Dunne vloeroverlaging met kiftbeton (beton met fi jn toeslagmateriaal) als vloerrenovatie 5 VAKBL AD 1 2022 BV 1-2022 2-hechting dekvloeren.indd 5BV 1-2022 2-hechting dekvloeren.indd 5 26-04-22 10:1426-04-22 10:14 structievloer en een 50 mm dikke betonnen dekvloer bedraagt de drukspanning 25% van de trekspanning (door de verhouding in dikte). Omdat de dekvloer niet kan verschuiven (er is sprake van verhinderde ver vorming), ontstaat op het hechtvlak een schuifspanning. Uitgaande van een treksterkte van beton van 3 N/mm 2 kan de dekvloer 50 × 3 = 150 N/mm 1 trekkracht opnemen. In principe volstaat het als die kracht aan beide uiteinden wordt opgenomen, maar als de dekvloer scheurt treedt ook aan beide zijden van de scheur een hoge schuifspanning op (fig. 3). De exacte afstand waarover deze schuif - spanning moet worden opgenomen, is complex vast te stellen. Indien er van wordt uitgegaan dat dit gebeurt over een breedte gelijk aan driemaal de dikte van de dekvloer, bedraagt de schuif - spanning circa 1,0 N/mm 2. Schuifspanningen door buiging Wanneer de gecombineerde constructievloer met dekvloer op buiging wordt belast, treedt er een drukspanning op in de dekvloer en een trekspanning onder in de constructievloer (fig. 4). Hierbij ontstaan ook schuifspanningen tus - sen de dekvloer en de constructievloer. Zeker als de dekvloer een constructieve functie heeft, zal de constructeur moeten toetsen of deze schuifspanning kan worden opgenomen, of dat er wapening in de vloer moet worden geboord om de afschuifsterkte te verhogen. Maatgevend In de meeste gevallen zal het krimpen van de dekvloer maatgevend zijn voor de schuifspan- ningen die kunnen optreden. Als de dekvloer goed hechtend is aangebracht, kan een krimp- scheur niet verder doorlopen dan tot de con- structievloer. Dat komt omdat door krimp er trekspanningen in de dekvloer ontstaan en druk in de onderliggende vloer. Wanneer de dekvloer door krimp scheurt, valt de trekspan- ning weg en is de aandrijvende kracht om een scheur in de onderliggende vloer te laten ont -staan niet meer aanwezig. Een scheur in een goed gehechte dekvloer kan daardoor nauwe - lijks in wijdte toenemen; zelfs zonder wape - ning ontstaat dan hooguit een fijnmazige cra- quelé. Wapening is pas effectief als de onderliggende vloer naden of werkende scheuren heeft die kunnen reflecteren in de bovenliggende betonnen dekvloer; denk aan kelknaden van kanaalplaatvloeren. VERBETEREN HECHTING Hoe beter de hechting van de dekvloer aan het opper vlak van de constructievloer, hoe hoger de opneembare schuifspanning. Bij een glad opper vlak is de opneembare schuifspanning min of meer gelijk aan de hechtsterkte; de verti- cale sterkte tussen twee lagen. Voor de hecht - sterkte is de huidtreksterkte van belang. Dit is de sterkte van een opper vlak zelf, bijvoorbeeld het opper vlak van de constructievloer. Deze huidtreksterkte van de constructievloer kan worden gemeten met hechtsterktemetingen volgens de ingetrokken, maar nog wel relevante CUR-Aanbeveling 20. De hechtsterkte en de huidtreksterkte kunnen worden verhoogd door het beton met een dekvloer constructie vloer verloop schuifspanning krimp scheur belasting moment darskracht schuifspanning dekvloer constructievloer 3 Schuifspanningsverloop in het hechtvlak van een betonnen dekvloer als gevolg van krimp 4 Spanningsverdeling in een vloer 6 VAKBL AD 1 2022 BV 1-2022 2-hechting dekvloeren.indd 6BV 1-2022 2-hechting dekvloeren.indd 6 26-04-22 10:1426-04-22 10:14 opper vlaktebewerking op te ruwen. Dit kan door frezen of stralen (foto 5 en 6). Met deze bewerkingen wordt de cementhuid met weinig hechting verwijderd en wordt textuurdiepte verkregen. Door beton intensief te stralen tot een textuurdiepte van 2 à 3 mm wordt de maxi- male huidtreksterkte gerealiseerd. Frezen geeft weliswaar een grotere textuurdiepte, maar een lagere huidtreksterkte doordat er microscheur- vorming onder het opper vlak ontstaat. Door de opper vlaktebewerking wordt de opneembare schuifspanning een factor 2 of meer hoger dan de hechtsterkte. Om die reden is een veelgebruikte waarde voor de te behalen hechtsterkte 1,4 à 1,5 N/mm 2, zodat de afschuifsterkte al snel een ? voor verreweg de meeste gevallen ? veilige waarde heeft van 3,0 N/mm 2. Onthechting door krimp treedt dan in de praktijk niet op. Praktijker varing leert dat bij een goede hechting de hechtsterkte van een dekvloer een factor 1,5 tot 2,5 lager ligt dan de huidtreksterkte (indien de huidtreksterkte zonder inboren wordt gemeten). Om een hechtsterkte van 1,4 N/mm 2 te kunnen behalen, zal de huidtreksterkte dus minimaal 2,0 N/mm 2 moeten bedragen (gemiddelde van drie metingen; individuele waarde minimaal 1,4 N/mm 2). Nadat het beton met een opper vlaktebewer- king wordt opgeruwd, is het aan te raden het opper vlak ook voor te behandelen met bijvoor- beeld water, cementwater of een hechtbrug met acr ylaat. 5 Gestraald opper vlak (links) en onbewerkt opper vlak (rechts) 6 Gefreesd opper vlak 7 VAKBL AD 1 2022 BV 1-2022 2-hechting dekvloeren.indd 7BV 1-2022 2-hechting dekvloeren.indd 7 26-04-22 10:1426-04-22 10:14 HECHTPROEVEN Om inzicht te krijgen in het eff ect van verschil- lende opper vlaktebewerkingen en voorbehan- delingen is voor een overlagingsproject een uitgebreide hechtproef uitgevoerd (foto 7 en 8). Bij deze proef zijn geprefabriceerde beton- platen als onder vloer gebruikt waarop een dunne ongewapende overlagingslaag van beton is aangebracht. Er is gevarieerd met de volgende oppervlakte- bewerkingen: ? Onbewerkt ? Machinaal gefreesd ? Gestraald ? Licht ? Middel ? Grof De volgende voorbehandelingen zijn getest: ? Droog opper vlak ? Voorbevochtigd opper vlak ? Met cementwater aangebrand opper vlak ? Met acr ylaat hechtbrug aangebrand opper vlak Tabel 1 en de grafi ek in fi guur 9 tonen de resul- taten van huidtreksterktemetingen afhankelijk van de oppervlaktebewerking. In eerste instantie werden lage meetwaarden gevonden op het onbewerkte opper vlak. Hierop is beslo- ten extra metingen uit te voeren om meer inzicht te krijgen in de spreiding. Tabel 2 en de grafi ek in fi guur 10 tonen de resultaten van huidtreksterktemetingen afhankelijk van de voorbehandeling. De hecht- proef is niet onder laboratoriumcondities uit- gevoerd. De omgevingstemperatuur bedroeg tijdens het storten en verharden ongeveer 5-10 °C. Uit de resultaten is af te leiden dat voorbewer- ken erg eff ectief is om de huidtreksterkte te verbeteren. Het type voorbewerking is minder relevant. Nadat de dekvloer is aangebracht is na 14 dagen en na 28 dagen de hechtsterkte van de dekvloer gemeten. Hierbij zijn kernboringen Hoe beter de hechting van de dekvloer aan het oppervlak van de constructievloer, hoe hoger de opneembare schuifspanning 7 Meetinstrument hechtproef 8 Proefopstelling hechtproef Om inzicht te krijgen in het e? ect van verschillende oppervlaktebewerkingen en voorbehandelingen is een uitgebreide hechtproef uitgevoerd 8 VAKBL AD 1 2022 BV 1-2022 2-hechting dekvloeren.indd 8BV 1-2022 2-hechting dekvloeren.indd 8 26-04-22 10:1426-04-22 10:14 door de dekvloer tot in de betonplaat uitge- voerd, waarop de metingen zijn uitgevoerd. Er zijn grote verschillen gemeten tussen de hechtsterkte na 14 dagen en 28 dagen. Deze verschillende kunnen deels worden verklaard door de relatief lage omgevingstemperatuur van ongeveer 5-10 °C. Het lijkt er echter op dat de hechting zich minder snel ontwikkelt dan bijvoorbeeld de treksterkte van het beton, iets wat bij de slijtvastheid van monolietvloeren bijvoorbeeld ook wel wordt geregistreerd. Resultaten Uit de testresultaten blijkt dat bij een acr ylaat hechtbrug de hechting sneller ontwikkelt, maar op de lange termijn kan de hechtsterkte achterblijven ten opzichte van bijvoorbeeld een voorbevochtigd opper vlak. Wanneer er geen voorbehandeling wordt toe - gepast, zoals bijvoorbeeld voorbevochtigen, lijkt het grof stralen van het bestaande beton- opper vlak te resulteren in de beste hechting; dit is eventueel te verklaren uit het grotere specifiek opper vlak dat wordt gerealiseerd. De lagere waarde van het frezen kan zijn veroor - zaakt door microscheur vorming in het gefreesde opper vlak. Het voorbehandelen met water blijkt het meest effectief te zijn. Het voorbehandelen met een acr ylaat hechtbrug lijkt uitvoeringsgevoeliger vanwege de spreiding in meetresultaten. Bij grote overlagingen heeft machinaal frezen van de ondergrond vanwege de praktische uit - voerbaarheid de voorkeur. Op basis van de gepresenteerde meetresultaten kan worden geconcludeerd dat dit frezen een kwalitatief goede optie is. Voor het overlagingsproject waar voor de test is uitgevoerd, is dan ook geko- zen voor het frezen van het bestaande opper - vlak met voorbevochtigen voor het storten. Hoewel de resultaten laten zien dat bij fijn/ middel/grof stralen zonder voorbehandeling ook een goede hechting wordt verkregen, kan dat bij een onder vloer die minder hechtsterkte of minder dicht beton heeft, anders zijn. Mede omdat het voorbehandelen met grof frezen plus water ook goede resultaten geeft, wordt deze wél aanbevolen. ONGEWAPENDE VLOERRENOVATIE: DE PR AK TIJK Zoals gezegd kan een reden voor het aanbren - gen van een betonnen dekvloer zijn het renove - ren of aanpakken van een bestaande monoliet - Tabel 1. R esultaten huidtreksterktemetingen afhankelijk van oppervlaktebewerking BEWERKING MEETWA ARDEN [N/mm 2] GEMIDDELD [N/mm 2] Geen 0,24 - 0,24 - 0,75 - 1,26 - 0,7 - 2,36 0,93 Fijn stralen 4,41 - 4,37 4,39 Middel stralen 3,86 - 4,02 3,94 Grof stralen 4,68 - 4,22 4,45 Grof frezen 4,25 - 4,03 - 4,05 - 3,23 3,89 Tabel 2. R esultaten hechtsterktemetingen afhankelijk van oppervlaktebewerkingen en voorbehandelingen BEWERKING VOORBEHANDELING HECHTSTERK TE NA 14 DAGEN [N/MM 2]BREUK VL AK HECHTSTERK TE NA 28 DAGEN [N/MM 2]BREUK VL AK Fijn stralen Droog 0,39 0,88 1,02 Gem. 0,76Grensvlak Grensvlak Ondergrond 1,86 1,35 1,96 Gem. 1,72 Toplaag Toplaag Grensvlak Middel stralen Droog 0,45 0,43 0,45 Gem. 0,44Grensvlak Grensvlak Grensvlak 1,80 1,91 1,54 Gem. 1,75 Ondervloer Toplaag Grensvlak Grof stralen Droog 0,66 0,43 0,51 0,39 Gem. 0,50Grensvlak Grensvlak Grensvlak Grensvlak 1,94 2,02 2,24 2,52 Gem. 2,18 Ondervloer Grensvlak Grensvlak Grensvlak Grof frezen Droog 0,28 0,28 0,82 0,42 Gem. 0,45Grensvlak Grensvlak Grensvlak Grensvlak 1,25 1,71 1,61 Gem. 1,52 Grensvlak Grensvlak Grensvlak Water 0,42 0,30 0,49 Gem. 0,40Grensvlak Grensvlak Grensvlak 1,70 1,95 2,28 Gem. 1,98 Grensvlak Grensvlak Grensvlak Cementwater 0,37 0,23 0,40 Gem. 0,33Grensvlak Grensvlak Grensvlak 1,54 1,53 1,05 Gem. 1,37 Grensvlak Grensvlak Grensvlak Acrylaat 0,39 0,56 0,98 0,97 Gem. 0,73Grensvlak Grensvlak Grensvlak Grensvlak 0,6 0,87 1,85 1,73 Gem. 1,26 Grensvlak Grensvlak Grensvlak Grensvlak 5,0 4,5 ,4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0 geen jn stralen middel stralen grof stralen grof frezen Huidtreksterkte [N/mm 2] 9 Gemiddelde meetwaarden huidtreksterkte bij verschillende opper vlaktebewerkingen 9 VAKBL AD 1 2022 BV 1-2022 2-hechting dekvloeren.indd 9BV 1-2022 2-hechting dekvloeren.indd 9 26-04-22 10:1426-04-22 10:14 vloer. Bijvoorbeeld in geval van slijtage of bij toegenomen vlakheidseisen. Een hechtende ongewapende dekvloer kan dan uitkomst bie- den. In het volgende deel van dit artikel wordt de w erkwijze van zo'n overlaging nader toegelicht. Werkwijze Het proces begint, zeker wanneer een dikkere laag beton verwijderd moet worden, om prak - tische redenen, met het machinaal affrezen van het bovenste vloergedeelte, meestal circa 20 mm diep, zodat een gezond beton wordt aangetroffen en het nieuwe vloerpeil niet te veel wordt verhoogd. Het opper vlak moet ruw zijn, het is daarom aan te bevelen voor deze werkzaamheden een wegenfrees te gebrui- ken, zoals die ook voor asfalt wordt gebruikt. Mocht de huidtreksterkte laag uitvallen, kan het opper vlak schoon worden gefreesd. De randen en hoeken moeten met de hand worden opgeruwd. Ver volgens wordt de vloer grondig gereinigd, alle losse onderdelen en stof moeten worden verwijderd. Afhankelijk van de situatie ? als het nodig is dat de op te nemen schuifspanning aan de randen wordt verhoogd ? worden langs de vloerran- den en in het vloer veld stekken ingeboord met ombuigingen in de te realiseren overlaging. De stekken worden in het oude beton gelijmd met een geschikte lijm. Nadat de stekken zijn inge - lijmd, moet het boorstof worden verwijderd. Voordat het beton wordt gestort, is het ver - standig om het onderliggende opper vlak voor te behandelen. Een kwalitatief goede en prak - tische optie is het matvochtig (nat zonder plas - vorming) maken van het bestaande opper vlak. Hiermee wordt voorkomen dat het bestaande beton een zuigende werking uitoefent op de aan te brengen betonspecie. Ver volgens wordt het beton gestort, licht verdicht (met een screed en/of (tril)rij) en monoliet afgewerkt. Na gereedkomen van de vloer moet het opper - vlak worden nabehandeld met folie of curing compound. Betonmengsel Voor het te gebruiken betonmengsel van de overlaging geldt dat de (ontwerp)druksterkte moet worden afgestemd op het gebruik van de vloeroverlaging. In de praktijk wordt normaal gesproken een druksterkte gehanteerd beho- rende bij een C30/37. Om de krimp van het betonmengsel zo veel mogelijk te minimalise - ren, is het belangrijk het cement- en waterge -halte te beperken. Toch is het ook bij lage mili- euklassen (zoals XC1 of XC2) aan te bevelen de water-cementfactor te maximaliseren tot 0,57, waarbij de balans tussen water- en bindmiddel- dosering altijd een compromis is tussen sterkte, autogene krimp en uitdrogingskrimp. Wel kun- nen vulstoffen zoals kalksteenmeel een aan- zienlijk deel van het cement ver vangen. Verdere krimpreductie kan bijvoorbeeld wor - den gerealiseerd door het doseren van SR A (Shrinkage Reducing Agent). Wanneer de vloeroverlaging monoliet wordt afgewerkt, is het extra belangrijk het cementtype af te stem- men op de temperatuur van de ondergrond en de specietemperatuur. Vanwege de geringe dikte van de vloeroverlaging zal het verhar - dingsproces namelijk niet worden aangejaagd door hydratatiewarmte. De maximale korreldiameter moet worden afgestemd op de dikte van de vloeroverlaging. In de praktijk leidt dit vaak tot een D max van 8 mm. De consistentie is afhankelijk van de uitvoe - ringswijze. Die wordt gekozen op basis van de vereiste vlakheid. Super vlakke vloeroverla- gingen (volgens DIN 15185) worden ver vaar - digd met behulp van een superscreed. De benodigde consistentie van de betonspecie is dan F4 (schudmaat ? 500 mm). Vloeroverla- gingen met reguliere vlakheden (NEN 2747, klasse 5) worden handmatig op hoogte afge - werkt. Hier voor is zeer vloeibare betonspecie benodigd, namelijk SF1 (vloeimaat ? 600 mm). Nabehandeling Voor een relatief dunne monoliet afgewerkte betonnen dekvloer geldt nog meer dan voor andere betonnen onderdelen dat een goede nabehandeling cruciaal is voor de te verkrijgen kwaliteit. In de dekvloer is door de geringe dikte weinig water aanwezig en een slechte nabehandeling leidt dan al snel tot een zwakke toplaag of scheur vorming in de jonge fase. PR AK TIJKERVARINGEN Met een combinatie van een goede voorberei- ding, zorgvuldige uitvoering, monitoring en bijsturen waar nodig, kan een goede hecht - sterkte tussen een constructievloer en een dekvloer worden gerealiseerd. In het begin van deze eeuw zijn diverse postsorteercentra gerealiseerd met kanaalplaten met monoliet afgewerkte druklagen. Huidtrek- en hecht - treksterktemetingen lieten zien dat een goede hechting mogelijk was en ook werd gereali- seerd. Voorbeelden van betonnen dekvloeren met een minder goede hechting zijn er ook. Bij cementdekvloeren komt dit vaker voor. De vloer klinkt dan hol en kan ongecontroleerd scheuren. Wanneer de dekvloer als construc - tieve druklaag is voorzien, kan er dan zelfs sprake zijn van een constructief probleem. DUURZA AMHEID Een betonvloer met een goed uitgevoerde betonnen druklaag functioneert scheurarm en heeft een lange levensduur. Een overlaging van een bestaande betonvloer verlengt de levensduur van die vloer. Doordat de construc - tievloer en de dekvloer beide van beton zijn, is het granulaat bij sloop hoogwaardig herbruik - baar. Bij toepassing van cementgebonden dek - vloeren of coatings bijvoorbeeld is hoogwaar - dig hergebruik bij einde levensduur veel gecompliceerder. SAMENVAT TING Betonnen dekvloeren zijn in de praktijk goed te hechten op een constructievloer. Een con- structeur moet altijd vooraf bepalen of met hechting kan worden volstaan om optredende spanningen op te nemen, of dat wapening in het hechtvlak moet worden aangebracht. Bij een ruw afgewerkte kanaalplaat of door de constructievloer te stralen of te frezen, ont - staat een textuurdiepte die er voor zorgt dat een hoge hechtsterkte leidt tot een nog hogere afschuifsterkte van de dekvloer. Voor een goede hechting is het van belang dat de huid- treksterkte in de praktijk wordt gemeten en een minimale er varingswaarde heeft van 2,0 N/mm 2. Met licht voorbevochtigen met water van de schone opgeruwde constructievloer kan ver vol - gens een goede hechting worden gerealiseerd. De hechtsterkte kan worden verhoogd door het beton met een oppervlaktebewerking op te ruwen middels frezen of stralen 10 VAKBL AD 1 2022 BV 1-2022 2-hechting dekvloeren.indd 10BV 1-2022 2-hechting dekvloeren.indd 10 26-04-22 10:1426-04-22 10:14 Om de hechting sneller te laten ontwikkelen, kan een acr ylaat hechtbrug worden toegepast. Op de lange termijn lijkt de acr ylaat hechtbrug qua hechtsterkte achter te blijven ten opzichte van het licht voorbevochtigen met water. Uit oogpunt van kwaliteitsborging is het sowieso noodzakelijk dat de dekvloer in een geconditio- neerde ruimte met krimparm beton wordt g estort en dat er goed wordt nabehandeld; dus met een beheerste hoeveelheid water en cement en/of de toevoeging van SR A. Doordat de hechting trager lijkt te ontwikkelen dan de sterkteontwikkeling van beton, is het te advise - ren een vloer met deklaag niet te snel zwaar te be lasten om onthechting te voorkomen. Met behulp van ongewapende overlagingen kunnen bestaande vloeren een tweede leven krijgen met verbeterde slijtvastheids- en vlak - heidseigenschappen en is het beton bij einde levensduur van de dekvloer hoogwaardig her - bruikbaar. jn stralenmiddel stralen grof stralen grof frezengrof frezen + water grof frezen + cementwater grof frezen + acrylaat 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,50 Hechtsterkte [N/mm 2] 14 dagen 28 dagen 10 G emiddelde meetwaarden hechtsterkte bij verschillende opper vlaktebewerkingen en voorbehandelingen V eiligheid speelt bij deze vorm van betonbouw een voorname rol. Daarbij is vooral het moment dat de tunnel - be kisting uit de beuk wordt getrokken of gereden kritisch. Hierbij wordt meestal g ebruikgemaakt van een lier, een speciale kraan en een compensatiecilinder. Om de veiligheid van het systeem verder te vergro- ten, ontwikkelde Hendriks stalen bekisting- techniek, een bedrijf dat is gespecialiseerd in ont werp en productie van stalen tunnel- en wandbekistingen, een dubbelwerkende hydraulische compensatiecilinder die te bedienen is met een afstands bedienin g. Hier- mee kan de last op ieder moment en op een v eilige afstand worden gecorrigeerd. Veilig werken dankzij nieuwe compensatiecilinder met afstandsbediening Gesponsord bericht Meer over de compensatiecilinder met afstandsbediening staat op www.betoniek.nl/hydraulischecompensatiecilinder Het is zo'n 60 jaar geleden dat tunnelgietbouw in Nederland zijn intrede deed en nog steeds kan de bouwmethode op grote populariteit rekenen. Deze populariteit is te danken aan de grote repeteerbaarheid en de strakke, voorspelbare planning. Voor hoogbouw biedt het gebruik van tunnelbekisting bovendien het voordeel dat ? meer dan bijvoorbeeld met prefab mogelijk is ? een monoliet geheel ontstaat. Tunnelbekisting hangt in de kraan met een hydraulische compensatiecilinder 11 VAKBL AD 1 2022 BV 1-2022 2-hechting dekvloeren.indd 11BV 1-2022 2-hechting dekvloeren.indd 11 26-04-22 10:1426-04-22 10:14 K ANSEN VOOR ALTERNATIEVE CEMENTEN, ALK ALI-GEACTIVEERDE BINDMIDDELEN EN ALTERNATIEVE BENADERINGEN Hoewel de gemiddelde CO 2-uitstoot door cement in Nederland relatief laag is, is de roep om milieuvriendelijkere varianten groot. De industrie is volop in ontwikkeling en er dienen zich diverse mogelijkheden aan. In veel gevallen hangt de slagingskans daarvan samen met de beschikbaarheid van benodigde grondsto? en. In opdracht van Rijkswaterstaat deed SGS Intron onderzoek naar de ontwikkelingen en mogelijkheden van deze grondsto? en. Ontwikkelingen grondsto en in beton A ls bindmiddel in beton wordt wereld- wijd het meest gebruikgemaakt van portlandcement (CEM I). Bij de produc- tie hier van komt veel CO 2 vrij. Dit komt deels door de benodigde energie bij de productie van portlandcementklinker. De meeste CO 2 komt echter vrij bij de calcinatie van kalksteen. Een- voudig gezegd wordt daarbij kalksteen (calci- umcarbonaat, CaCO 3) bij hoge temperaturen omgezet in gebrande kalk (calciumoxide, CaO) en CO 2. De makkelijkste stap om het CO 2-profi el van cement te verlagen, is een deel van de port- landcementklinker te ver vangen door geschikte alternatieven zoals hoogovenslak, een latent-hydraulisch product dat vrijkomt bij de productie van ruwijzer. Het op gegranu- leerde slak gebaseerde hoogovencement (CEM III) is in Nederland verreweg het meest toegepaste bindmiddel. Een tweede alterna- tief voor portlandcement is portlandvliegas- cement (CEM II), gebaseerd op poederkool- vliegas dat vrijkomt uit kolengestookte elektriciteitscentrales. Nederland is al decennia koploper in de toe- passing van deze relatief milieuvriendelijke materialen: het in ons land toegepaste cement (inclusief import) heeft het laagste CO 2-profi el ter wereld: een bijdrage aan de totale CO 2- emissie in Nederland van circa 1,2% in plaats van 7% wereldwijd. De beschikbaarheid van de grondstoff en voor deze cementsoorten is echter onvoldoende om volledig aan de ambities uit het Betonakkoord te kunnen voldoen (zie kader). Het aanbod aan poederkoolvliegas is de afgelopen jaren al fors gedaald door het sluiten van kolengestookte elektriciteitscentrales. Naar verwachting zal ook het aanbod aan hoogovenslak de komende jaren gaan afnemen. VR A AG NA AR CEMENT Het verbruik van cement in Nederland bedraagt gemiddeld ongeveer 5 miljoen ton per jaar (fi g. 2). De verwachting is dat deze vraag tot 2050 op vergelijkbaar niveau zal blij- ven. De verdeling van de toegepaste cement- soorten is momenteel: ? CEM III 55-60% ? CEM I 30-35% ? CEM II en CEM V (composietcement) 5-10% (samen). Het gemiddelde klinkergehalte van cement dat in Nederland wordt gebruikt, is naar schatting 50%. PORTL ANDCEMENTKLINKER Mede als gevolg van sluiting van de klinkerpro- ductie bij ENCI in Maastricht wordt portlandce- mentklinker momenteel geïmporteerd uit onder andere België, Duitsland en Portugal. Het transport van die portlandcementklinker verhoogt de CO2-uitstoot enigszins en dus ook de MKI (MilieuKostenIndicator)-waarde van het cement. Vanwege het extra transport is er een gemiddelde verhoging van 3% in de CO 2- BETONAKKOORD Het Betonakkoord geeft invulling aan de doe- len en de ambities voor de betonketen. Enkele voorbeelden: ten minste 30% CO 2-reductie in 2030 ten opzichte van 1990 met een ambitie van > 49%, in 2030 100% hoogwaardig herge- bruik van vrijkomend beton en circulair ont- werpen als leidend principe. Recent is de ambitie nog wat verder opgeschroefd. De eer- ste maatregelen zullen al in 2023 leiden tot een reductie van 15%-20% CO 2-uitstoot ten opzichte van 2021. Ook ligt een pakket aan maatregelen klaar om daarna verder te versnellen. 1 In de constructief gewapende tussenwanden in de spooronderdoorgang in de Vennewatersweg in Heiloo is geopolymeerbeton toegepast (foto: Jane van Raaphorst) 12 VAKBL AD 1 2022 Auteur Jacques Linssen, Betoniek / Aeneas ? Gert van der Wegen en Natalie Muehleisen, SGS Intron BV 1-2022 4-grondstoffen.indd 12BV 1-2022 4-grondstoffen.indd 12 26-04-22 10:1626-04-22 10:16 uitstoot in vergelijking met CEM l dat werd gemaakt met in Nederland geproduceerde klinker (tabel 1). GEGR ANULEERDE HOOGOVENSL AK Wereldwijd werd in 2014 naar schatting 480- 560 miljoen ton hoogovenslak geproduceerd, die nagenoeg volledig in cement of beton is toegepast (tabel 2). Dit kom overeen met circa 8% van de totale wereldproductie aan cement. Een verdere reductie aan CO 2-uitstoot van cement of beton door verhoogde inzet van gegranuleerde hoogovenslak is dus beperkt. Het aanbod aan hoogovenslak is bovendien afhankelijk van de ijzerproductie. In de Neder- landse staalsector worden technologieën ver- kend om het productieproces van staal duur- zamer te maken, zoals CO 2-afvang en -opslag en een smeltreductieproces. Dit kan bijvoor- beeld door over te schakelen op waterstof- reductie. In dat geval kan de productie van gegranuleerde hoogovenslak worden voort- gezet. Het is echter nog niet aangetoond dat de gegranuleerde hoogovenslak die met deze methode wordt geproduceerd, dezelfde latent- hydraulische eigenschappen heeft als de slak uit het traditionele proces. Bovendien is het niet duidelijk of dezelfde hoeveelheden slak zullen worden geproduceerd. Er is meer onderzoek nodig voordat voorspellingen over de stabiliteit en de prijs van deze materiaal- stroom kunnen worden gedaan. De situatie wordt zeker anders wanneer voor de productie van ruwijzer wordt overgestapt op elektro-ovens. Nu worden in de hoogovens grote hoeveelheden kalksteen toegevoegd om de tem- peratuur te kunnen beheersen. Die kalk speelt een belangrijke rol bij de hydrauliciteit van hoog- ovenslak. In een elektro-oven wordt die kalk- steen niet meer toegepast en wordt de chemi- sche samenstelling van de slak totaal anders. Als de staalindustrie in de EU geen nieuwe tech- nologieën introduceert om de CO 2-uitstoot te verminderen, zal de staalproductie naar alle waarschijnlijkheid uit de EU verdwijnen en ver- huizen naar landen waar producenten niet wor- den geconfronteerd met hoge CO 2-heffi ngen. Nederland zal dus wellicht meer gegranuleerde hoogovenslak moeten importeren. Dit zal de CO 2-uitstoot van CEM III verhogen. POEDERKOOLVLIEGAS In 2014 werd wereldwijd naar schatting 675 mil- joen ton poederkoolvliegas geproduceerd (tabel 2). In 2018 bedroeg het gebruik in cement of beton wereldwijd circa 250 miljoen ton. Dit is circa 5% van de totale cementproductie. Om de CO 2-uitstoot te verminderen, zal de energiepro- ductie in kolengestookte centrales afnemen ? Nederland plant de sluiting van alle kolenge- stookte centrales in 2030; er zijn inmiddels al enkele centrales gesloten. Ook andere landen in de EU plannen de sluiting of vermindering van hun kolengestookte centrales. Er is daardoor een daling te verwachten van de capaciteit van kolengestookte centrales van meer dan 60% in 2030. De verwachting is dat het aanbod zal wor- den aangevuld door import, waarschijnlijk uit landen buiten de EU, zoals India. Hierdoor zal de CO 2-uitstoot van CEM II/B-V toenemen met ongeveer 10%, in vergelijking met CEM II/B-V dat voorheen werd geproduceerd met Neder- landse poederkoolvliegas (+8% CO 2) en port- Tabel 1. Toename in de CO 2-uitstoot voor portlandcementklinker, geïmporteerd uit België (vrachtwagen), Duitsland (vrachtwagen) en Portugal (schip), in vergelijking met in Nederland geproduceerde klinker [%] (indicatieve berekeningen van SGS Intron) A ARDOPWARMINGSVERMOGEN (GWP) België +2% Duitsland +4% Portugal +4% Tabel 2. Wereldwijde productie en gebruik van gegranuleerde hoogovenslak en poederkoolvliegas GEGR ANULEERDE HOOGOVENSL AK POEDERKOOLVLIEGAS Wereldwijde productie in 2014 [miljoen ton] 480675 Wereldwijd gebruik in cement of beton [miljoen ton] ca. 400 ca. 250 Percentage van cementproductie [%] 8%5% 1 In de constructief gewapende tussenwanden in de spooronderdoorgang in de Vennewatersweg in Heiloo is geopolymeerbeton toegepast (foto: Jane van Raaphorst) 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 cement in m ton / jaar 2 Cementgebruik in Nederland in miljoen ton per jaar volgens Euroconstruct Mogelijke alternatieve cementen zijn belietrijk portlandcement, calciumsulfoaluminaatcement (CSA), beliet-CSA-ternesiet (BCT), hydrothermisch vervaardigd cement, door carbonatatie verhard cement en kalksteen-gecalcineerd klei-cement (LC3) 3 Ongemalen portlandcementklinker 13 VAKBL AD 1 2022 BV 1-2022 4-grondstoffen.indd 13BV 1-2022 4-grondstoffen.indd 13 26-04-22 10:1626-04-22 10:16 landcementklinker (+2% CO 2). Naast nieuw geproduceerd poederkoolvliegas is er overigens een groeiende belangstelling en research naar de kwaliteit en het gebruik van oud poederkoolvliegas dat wereldwijd is gestort of opgeslagen. ALTERNATIEVEN Om aan de vraag naar cement te kunnen blijven voldoen en tegelijkertijd de ambities ten aan- zien van de reductie van CO 2-reductie waar te maken, wordt momenteel intensief gezocht naar andere mogelijkheden dan toepassing van hoogovencement en portlandvliegascement. Voorbeelden zijn: ? alternatieve cementen; ? alt ernatieve supplementaire cementeuze materialen (SCM); ? alkali-geactiveerde bindmiddelen. In het navolgende worden deze mogelijkheden beschreven. ALTERNATIEVE CEMENTEN Er worden flinke stappen gezet in de ontwik - kelingen van alternatieven voor zowel cement als k linker. Kansrijk zijn belietrijk portlandce - ment, calciumsulfoaluminaatcement (CSA), be liet-CSA-ternesiet (BCT), hydrothermisch ver vaardigd cement, door carbonatatie ver - hard cement en kalksteen-gecalcineerd klei- c ement (LC3). Meer achtergrondinformatie over deze alternatieven staat in het Betoniek- artikel 'CO 2-reductie: opties voor cement'. Een overzicht van de potentiële vermindering van de CO 2-uitstoot, het TRL niveau (TRL = Tech- nology Readiness Level) en de mogelijkheden v an toepassing op grote schaal in 2030 staan in tabel 3. Belietrijk portlandcement Belietrijk portlandcement bestaat, zoals de naam al aangeeft, vooral uit beliet (C2S) in plaats van aliet (C3S). Waar reguliere portland- cementklinker voor zo'n 65% bestaat uit C3S en voor 15% uit C2S, is bij belietcement het aandeel C2S meer dan 50%. Dit cement wordt op een vergelijkbare wijze geproduceerd als normaal portlandcement. Verschil is dat er minder kalk wordt gebruikt en dat de brandtemperatuur met circa 1350 °C wat lager ligt. Gemiddeld heeft dit cement daardoor een ongeveer 10% lagere CO 2-uitstoot. Omdat het een trage sterkteont - wikkeling en een bijbehorende lage hydratatie - warmte vertoont, is het vooral geschikt voor toepassing in massabeton. Calciumsulfoaluminaatcement Calciumsulfoaluminaatcement (CSA) wordt ook op een vergelijkbare manier geproduceerd als normaal portlandcement, maar de grond- stofmix bestaat uit meer aluminiumbronnen en minder kalksteen. Dit resulteert in calciumsul- foaluminaat ye'elimite (C4A3$). Hiermee wordt de trage sterkteontwikkeling van beliet gecompenseerd. Hoe hoger de concentratie ye'elimite in CSA, hoe lager de CO 2-uitstoot, maar des te hoger de productiekosten. Beliet-CSA-ternesiet Om de productiekosten te verlagen, kan de fer - riet-fase (C4AF) worden geïntroduceerd om een beliet-calciumsulfoaluminaat-ternesiet (BCT) te creëren. BCT-cement wordt door Hei- delberg Cement als ' Ternocem' en door Lafarge als 'Aether ' op de markt gebracht. In vergelijking met portlandcement is de CO2- uitstoot van Ternocem 30% lager en van Aether 25-30% lager dan CEM I. Hydrothermisch ver vaardigd cement Als alternatief kan een belietachtig hydraulisch bindmiddel worden geproduceerd met een hydrothermisch proces. Dit heeft een verge - lijkbare samenstelling als belietrijk portland- cement, maar is veel reactiever en heeft daar - door een hogere sterkteontwikkeling. Het productieproces is veel complexer dan nor - maal portlandcement en er zijn extra pro- 4 Van links naar rechts: cement, gemalen gegranuleerde hoogovenslak, kalksteenmeel, poederkoolvliegas (op de achtergrond een betonprisma) Tabel 3. V ermindering van CO 2-uitstoot, TRL-niveau en indicatie grootschalige toepassing in 2030 alternatieve bindmiddelen VERMINDERING VAN DE CO 2- UITSTOOT* TRL MOGELIJKHEID VAN GEBRUIK OP GROTE SCHA AL TEGEN 2030 Belietrijk portlandcement 10%TRL 7Laag/middelmatig Calciumsulfoaluminaatcement (CSA) 25-30% TRL 5-6Laag/middelmatig Beliet-CSA-ternesiet (BCT) 25-30%TRL 6-7Middelmatig/hoog Hydrothermisch vervaardigd cement 10% TRL 3Laag Carbonatatie verhard cement 60%TRL 9**Middelmatig/hoog Kalksteen-gecalcineerd klei- cement (LC3) 30% TRL 7Middelmatig/hoog Alkali-geactiveerde bindmiddelen 40-80%TRL 5-7Middelmatig/hoog * Vermindering ten opzichte van CEM I CO 2-uitstoot ** V oor kleine, niet-gewapende betonelementen Toepassing van alkali-geactiveerde bindmiddelen wordt belemmerd door ontbrekende regelgeving, hogere kosten en de beperkte beschikbaarheid van activatoren en grondstoffen die al in cement worden toegepast 14 VAKBL AD 1 2022 BV 1-2022 4-grondstoffen.indd 14BV 1-2022 4-grondstoffen.indd 14 26-04-22 10:1626-04-22 10:16 cesstappen voor nodig, waardoor het erg kost- baar is. Deze methode is vooralsnog niet erg kansrijk, te meer omdat het bindmiddel niet geschikt is voor constructief beton. Het wordt momenteel enkel in laboratoria getest. Ther - modynamische berekeningen suggereren dat CO 2-reducties vergelijkbaar zijn met die van belietrijk portlandcement. Door carbonatatie verhard cement Er is een cementsoort dat deels door carbona- tatie verhardt. Het gaat om cement dat is samengesteld uit calciumsilicaat-mineralen met een laag kalksteengehalte. Deze klinkers kunnen worden ver vaardigd in bestaande cementovens met traditionele grondstoffen in verschillende verhoudingen. Ze hebben door het lagere kalksteengehalte, de lagere brand- temperatuur en de binding van CO 2 bij verhar - den een ongeveer 60% lagere CO 2-uitstoot in vergelijking met CEM l. Een voorbeeld is Soli- dia cement dat al wordt toegepast bij de fabri- cage van niet-gewapend prefab beton en in de Verenigde Staten ook in ter plaatse gestort beton. Solidia beton kan tot 25% sterker zijn dan CEM I, is beter vorst-dooibestand en vergt een kortere nabehandeling. Maar het biedt geen bescherming tegen staalcorrosie. Het bedrijf CarbonCure heeft een systeem ont - wikkeld om vloeibare CO 2 tijdens het mengen in nat beton te injecteren. De CO 2 gaat een chemi- sche reactie aan met Ca(OH) 2, een reactiepro- duct van portlandcementklinker en vormt calci- umcarbonaat. CarbonCure is beschikbaar voor zowel ter plaatse gestort beton als voor prefab beton. De vermindering van de CO2-uitstoot hangt af van het betreffende product. Over het algemeen vertoont het een verhoging van de druksterkte in de ordegrootte van 10-20% in vergelijking met CEM I (bron: CarbonCure). Kalksteen-gecalcineerd klei-cement Kalksteen-gecalcineerd klei-cement (LC3) is een ander opkomend alternatief voor cement, dat een hoge mate van klinker ver vanging mogelijk maakt. LC3-50 bestaat uit 50% port - landcementklinker, 30% gecalcineerde klei, 15% kalksteen en 5% gips. Wanneer de gecal- cineerde klei voldoende kaoliniet bevat, zijn de mechanische eigenschappen vergelijkbaar met die van portlandcement (CEM I). LC3-50 maakt een vermindering van de CO 2-uitstoot met 30% mogelijk ten opzichte van portlandce - ment (CEM I). ALTERNATIEVE SUPPLEMENTAIRE CEMENTEUZE MATERIALEN Cement op basis van portlandcementklinker zal tot zeker 2030 een dominante factor blijven. Daarom is het cruciaal de portlandcementklin- ker gedeeltelijk te blijven ver vangen door geschikte puzzolane of latent-hydraulische materialen (Supplementar y Cementitious Materials, SCM). Naast de genoemde gegra- nuleerde hoogovenslak en poederkoolvliegas zijn er alternatieve SCM's. Voorbeelden zijn gemalen kalksteen, gecalcineerde klei, bio- massa-vliegas, glasafval, bewerkte bodemas van verbrandingsovens en lava. Kalksteen Wereldwijd is kalksteen een van de meest gebruikte SCM's, hoewel het bijna volledig inert is. Het effect van kalksteen is zowel fysisch als chemisch, en deze zullen het verlies aan druksterkte beperken. De ver vanging van portlandcementklinker met 35 tot 50% aan bestanddelen naast klinker met maximaal 20% kalksteen, is mogelijk als CEM ll/C-M. Dit cement kan eenvoudig worden toegepast vóór 2030 en kan de CO 2-uitstoot in vergelijking met CEM I tot 50% verminderen. Gecalcineerde klei Ook gecalcineerde klei kan als SCM worden gebruikt. De best functionerende kleisoorten zijn gecalcineerde kleisoorten die kaoliniet bevatten. Die zijn doorgaans te vinden in tropi- sche en subtropische omgevingen. De klei die in Nederland wordt gevonden is minder geschikt, omdat het kaolinietgehalte te laag is. Maar de klei kan wel worden verrijkt. Gecalcineerde klei kan worden gebruikt om tot 30% portlandcementklinker te ver vangen, zonder nadelige effecten voor de sterkteont - wikkeling of duurzaamheid (levensduur) op lange termijn van het beton. Het gebruik van gecalcineerde klei kan in Nederland vóór 2030 worden geïmplementeerd. Er is wel een oven nodig om de klei de calcineren (verhitten tot 800 °C). Biomassa-vliegas Ook vliegas afkomstig van biomassaverbran- ding kan worden gebruikt als SCM of als alter - natieve grondstof voor de productie van port - landcementklinker. De potentiële hoeveelheid biomassa-vliegas die jaarlijks in Nederland kan worden geproduceerd, bedraagt meer dan 2,7 miljoen ton (54% van het jaarlijkse cement - verbruik in Nederland). Hoewel dit enorm veel lijkt, zijn er aanzienlijke ontwikkelingen nodig om dit op grote schaal te implementeren. Het is daarom niet waarschijnlijk dat biomassa- vliegas vóór 2030 substantieel zal bijdragen. Glasafval Als mogelijke SCM is glasafval voorgesteld, vanwege de over vloedige beschikbaarheid, de chemische compatibiliteit met cement, en de lage kosten. Glasafval kan puzzolane eigen- 5 Gegranuleerde hoogovenslak 15 VAKBL AD 1 2022 BV 1-2022 4-grondstoffen.indd 15BV 1-2022 4-grondstoffen.indd 15 26-04-22 10:1626-04-22 10:16 schappen vertonen wanneer het zeer fijn wordt gemalen. In vergelijking met poederkoolvliegas heeft gemalen glas een betere reactiviteit en een vergelijkbare sterkte op lange termijn. Het gebruik van gemalen glasafval als een gedeel- telijke ver vanging voor portlandcement kan in Nederland ? mits voldoende gestimuleerd ? al vóór 2030 worden geïmplementeerd. Gemalen bewerkte bodemas Gemalen bewerkte bodemas van verbran- dingsovens, waarin een grote hoeveelheid glasafval aanwezig is, geeft nu al goede resul- taten in betonproducten zoals betonnen straatstenen en tegels bij 25% ver vanging van CEM I. Momenteel wordt gewerkt aan regelge- ving voor diverse (reactieve) vulstoffen, zodat deze op korte termijn kunnen worden toege - past in beton. Zo is recentelijk CROW-CUR- Aanbeveling 128 'AEC-vulstof in ongewapend aardvochtig beton' verschenen. ALK ALI-GEACTIVEERDE BINDMIDDELEN Recent staat toepassing van alkali-geacti- veerde bindmiddelen, ofwel geopolymeren flink in de belangstelling. Ondanks decennia van onderzoek blijft het wereldwijde gebruik echter bijzonder klein, en beperkt tot nichetoe - passingen. Grootschalig gebruik wordt belem- merd door ontbrekende regelgeving, hogere kosten en de beperkte beschikbaarheid van grondstoffen die al in cement worden toege - past. Bovendien vraagt de verwerkbaarheid van alkali-geactiveerde bindmiddelen extra aandacht en vergen de sterk alkalische activa- toren extra veiligheidsmaatregelen. Alkali-geactiveerde bindmiddelen worden geproduceerd op basis van twee componenten: een aluminosilicaatbron (precursor) en een activerende alkalische vloeistof (activator). Als precursor wordt meestal gegranuleerde hoogovenslak, poederkoolvliegas of metakao- lien (gecalcineerde vorm van het kleimineraal kaoliniet) toegepast. Zoals gezegd is de toekomstige beschikbaar - heid van hoogovenslak en poederkoolvliegas in Nederland onzeker. Momenteel worden deze materialen hoofdzakelijk gebruikt als gedeeltelijke ver vanging van portlandcement - klinker in cement. Daarnaast kan de omscha- keling van het gebruik van slak naar alkali- activering leiden tot een algemene toename in de wereldwijde CO 2-uitstoot, aangezien niet alle alkali-geactiveerde bindmiddelen een lagere CO 2-uitstoot hebben dan CEM III. In vergelijking met gegranuleerde hoog- ovenslak of poederkoolvliegas is voor metaka- olien beduidend meer natriumsilicaat nodig voor de activering, waardoor het minder inte - ressant is. Als activator wordt momenteel voornamelijk natriumhydroxide in combinatie met natrium- silicaat gebruikt, of soms silica fume. Natrium- hydroxide is een agressieve chemische stof waar voor bijzondere veiligheidsmaatregelen zijn vereist. De wereldwijde vraag naar natri- umhydroxide is veel groter dan de jaarlijkse productie en de productiekosten zijn hoog, wat het gebruik er van beperkt. Ook natriumsilicaat en silica fume zijn slechts beperkt beschikbaar en tevens erg duur. En net als natriumhydroxide is natriumsilicaat ook agressief. Het gebrek aan geschikt materiaal (zowel pre - cursoren als activatoren) en de vereiste regel- geving zijn de grootste belemmeringen voor een w ereldwijd, grootschalig gebruik van alkali- geactiveerde bindmiddelen. Daarom zijn ze momenteel gerangschikt als TRL 5-7 (Techno - Om het lage CO 2-profiel te behouden of het verder te verlagen, moet de beschikbaarheid en het gebruik van nieuwe bindmiddelen met een lage CO 2-uitstoot worden gestimuleerd, uiteraard met een ten minste gelijkwaardige prestatie 6 Roterende klinkeroven met volledig droog proces (foto: JM BYL) 7 V loeibaar mengsel van slak en ijzer, net uit de hoogoven 16 VAKBL AD 1 2022 BV 1-2022 4-grondstoffen.indd 16BV 1-2022 4-grondstoffen.indd 16 26-04-22 10:1626-04-22 10:16 logy Readiness Level). Alkali-geactiveerde bindmiddelen hebben een CO 2-uitstoot die 40 tot 80% lager kan zijn dan die van CEM I (tabel 3). Daarbij wordt uitgegaan van slak- en vliegas- precursor. Omdat die momenteel al in cement worden toegepast, levert dit alleen een ver - schuiving op. Er is alleen echte milieuwinst wan - neer andere materialen worden gebruikt zoals g eactiveerde klei. Maar dan is de CO 2-winst fors lager dan genoemde 40 tot 80%. Toch is verdere ontwikkeling meer dan gerechtvaardigd. ALTERNATIEVE BENADERINGEN Als alternatief voor toepassing van andere cementen, SCM's en alkali-geactiveerde bind- middelen kan worden ingezet op een efficiën- ter materiaalgebruik en op recycling van cementsteen. Efficiënter materiaalgebruik Het noodzakelijke gehalte aan cement in beton kan worden gereduceerd door het optimalise - ren van het mengselontwerp of het gebruik van chemische dispergeermiddelen en minerale vulstoffen. In plaats van 'cement voor generieke toepassing' moet het bindmiddel worden gebruikt dat het meest geschikt is voor de betreffende toepassing en dat de laagste impact op het milieu heeft. Het materiaalverbruik kan worden gereduceerd door bijvoorbeeld meer geschikte toepassingen van hogesterktebeton. Normen (zoals EN 206/NEN 8005) zijn vaak een obstakel voor het verminderen van de CO 2- uitstoot van beton, omdat ze gebaseerd zijn op een minimaal cementgehalte. Beton zou niet uitsluitend mogen worden gedefinieerd op basis van de samenstelling, druksterkte of verwerkbaarheid, maar eerder op prestatie- eigenschappen als bestandheid tegen aantas - tingsmechanismen, duurzaamheid en circula- riteit. Voor regulier beton wordt dit opgenomen in de Eurocode. Normen op basis van prestaties (zoals CUR- Aanbeveling 48 in Nederland, ASTM C1157 in de VS en de Exposure Resistance Classes (weerstandsklassen) in de toekomstige norm EN 206) zijn een stap in de goede richting. Cementsteenrecycling De grote hoeveelheid bouw- en sloopafval uit beton die in de EU wordt gegenereerd, kan wor - den gebruikt voor recycling van de daarin aan- wezige cementsteen. De er varing leert dat zeer fijn materiaal uit gerecycled beton, eventueel na verdere bewerking, bruikbaar is als primaire grondstof voor de productie van portlandce - mentklinker. Daarnaast kan dit zeer fijne mate - riaal ook worden gebruikt als cementver van- ging in CEM ll cement of rechtstreeks als vulstof in beton. Er wordt al gewerkt aan een Europese norm hier voor (CEM ll/B-F in EN 197-6). TOT SLOT Toepassing van alternatieve cementen, SCM's en alkali-geactiveerde bindmiddelen biedt uit - eenlopende kansen om de CO 2-uitstoot te ver - minderen. Soms geldt dat echter alleen ten opzichte van CEM I en niet ten opzichte van het in Nederland veel toegepaste CEM III. De ver - wachting is bovendien dat de beschikbaarheid van nieuwe CO 2-arme bindmiddelen in 2030 beperkt zal zijn en het gebruik afhankelijk is van de marktacceptatie en de beschikbaarheid van de benodigde regelgeving. Grotere transportaf - standen van grondstoffen (portlandcement - klinker, gegranuleerde hoogovenslak en poe - derkoolvliegas) hebben een negatieve invloed op het CO 2-profiel van het Nederlandse cement (tabel 4). Hierdoor is het al een uitdaging om die op het huidige lage niveau te houden. Verwacht wordt dan ook dat de CO 2-uitstoot en dus ook de MKI van bindmiddelen voor beton niet aanzien- lijk zal dalen in de komende jaren. Om het lage CO 2-profiel te behouden of het verder te verlagen, moeten alternatieve bena- deringen worden overwogen en moet de beschikbaarheid en/of het gebruik van nieuwe cementsoorten met een lage CO 2-uitstoot worden gestimuleerd. R APPORT Meer over de ontwikkelingen van grondstoffen in beton staat in het rapport 'Ontwikkelingen betreffende hoofdbestanddelen voor klinker - gebaseerde cementen en geopolymeren' opgesteld door SGS Intron in opdracht van Rijkswaterstaat. Dit rapport is beschikbaar op www.betonakkoord.nl Tabel 4. Ber ekende toename van de CO2-uitstoot voor enkele cementen door grotere transportafstanden grondstoffen (gebaseerd op de indicatieve berekeningen van SGS Intron) CEMENTT YPE TOENAME VAN DE CO 2-UITSTOOT Portlandcementklinker uit België, Duitsland en Portugal Hoogovenslak uit Turkije Poederkoolvliegas uit India Totale toename CEM l 3% n.v.t.n.v.t. 3% CEM lll/A (50% slak) 1,5% +7%n.v.t. 8,5% CEM III/B (65% slak) 1% +12%n.v.t. 13% CEM II/B-V (30% vliegas) 2% n.v.t.+8% 10% 8 In de Drieklovendam in China (1994-2006; 2,7 miljoen m 3 beton) is belietrijk portlandcement toegepast (bron: Wikimedia Commons) 17 VAKBL AD 1 2022 BV 1-2022 4-grondstoffen.indd 17BV 1-2022 4-grondstoffen.indd 17 26-04-22 10:1626-04-22 10:16 In 2017 zijn naar aanleiding van brandproeven twijfels ontstaan over de brandwerendheid van onbeschermd beton (het zogeheten ROK-beton) in tunnels. Het ROK-beton zou ongevoelig zijn voor spatten, maar dat bleek niet uit de recente brandproeven. Naar aanleiding hiervan zijn door het Kennisplatform Tunnelveiligheid (KPT) vier gesprekstafels geformeerd om de problematiek nader te beschouwen: Bestaande tunnels, Nieuwe tunnels, Onderzoek en Hulpverlening. De gesprekstafels hebben na zo'n drie jaar werk hun conclusies in 2021 gerapporteerd. In dit artikel wordt de achtergrond van het 'ROK-beton' beschreven, wordt het fenomeen spatten van beton toegelicht en worden de conclusies van de gesprekstafel Onderzoek weergegeven. ROK-BETON Tot medio jaren negentig was spatten van beton geen belangrijk aandachtspunt bij nieuwbouw van tunnels. Dat veranderde met de bouw van de geboorde Westerscheldetun- nel (1997-2002). Vooral omdat daarin prefab beton met een relatief hoge sterkte (en daar- mee minder en kleinere poriën) zou worden toegepast, waardoor er een risico op spatten zou kunnen bestaan. Met onderzoek TNO naar ROK-beton In opdracht van Rijkswaterstaat werd door TNO eerst literatuuronderzoek uitgevoerd (BR AWAT-literatuurstudie spatten beton; 1996) [7]. Ver volgens werden er door TNO brandproeven uitgevoerd met beton met hitte - werende bekleding en met onbeschermd beton met polypropyleenvezels (BR AWAT II; 1997-1999). Tot slot werd gekeken naar afgezonken tun- nels. Het plafond van afgezonken tunnels werd doorgaans voorzien van isolerende bekleding om te voorkomen dat de wapening bij een felle brand te heet zou kunnen worden, maar de wanden (met uitzondering van de bovenkant) in de regel niet. Er werd een proef uitgevoerd om het spatgedrag te beoordelen van deels onbeschermd beton, waarbij een wand van een afgezonken tunnel werd gesimuleerd (BR A - WAT 3; 2001 [8]. De proef bevestigde wat werd verwacht van beton met een normale sterkte: ook het onbe - schermde beton vertoonde nauwelijks schade. Men concludeerde op basis van deze proef dat onder gelijke omstandigheden (inclusief het betonmengsel; 340 kg/m 3 cement CEM III/B; druksterkte na 28 dagen circa 45 MPa) een vergelijkbaar resultaat mag worden verwacht en het afspatcriterium niet maatgevend is. Het resultaat van het BR AWAT 3-onderzoek werd verwerkt in de richtlijn van Rijkswater - staat. In de ROK (en daar voor in de ROBK) stond dat afspatten van beton niet mag optre - den; te realiseren door beton te beschermen of door het toepassen van een betonmengsel dat ongevoelig is voor spatten (eventueel met polypropyleenvezels). Dit kon worden aange - toond door het uitvoeren van brandproeven. In de toelichting bij de eis stond echter dat voor grindbeton met een sterkteklasse C28/35 met maximaal 340 kg/m 3 hoogovencement is aan- getoond dat het voldoet (mits de hoofddruk - PERSOONLIJKE TITEL Dit artikel is op persoonlijke titel geschre- ven en is geen weergave of samenvatting van de toelichting op de conclusies die door de gesprekstafel Onderzoek is opgesteld. Brandwerendheid TUNNELS NIEUWE INZICHTEN IN DE RISICO'S OP SPAT TEN VAN ONBESCHERMD BETON IN TUNNELS 18 VAKBL AD 1 2022 Auteur ir. Edwin Vermeulen MBA, Betonhuis BV 1 2022-3_Brand.indd 18BV 1 2022-3_Brand.indd 18 26-04-22 10:1826-04-22 10:18 spanning aan het opper vlak niet hoger is dan 10 MPa). Indien het betreff ende onderzoek (TNO-rapport BR AWAT 3) [8] werd gebruikt om aan te tonen dat een mengsel voldeed, mocht de maximale waarde voor de 28-daagse kubusdruksterkte maximaal 45 MPa zijn. Ver volgens werd jarenlang in tunnels het zogeheten ROK-beton toegepast, waarbij er ook tunnels werden gebouwd zonder hittewe- rende bekleding. Door voldoende dekking op de wapening werd voorkomen dat de wape- ning te heet zou worden bij een brand volgens de RWS-cur ve. Onderzoek Efectis ? samenstelling veranderd? In 2015 bleek uit onderzoek bij Efectis dat bij de in de ROK beschreven betonsamenstelling toch spatten kan optreden. Naar aanleiding A ANLEIDING Toen in 2015 het vermoeden ontstond dat er mogelijk iets aan de hand was met de brandwerendheid van het beton in tunnels, heeft Rijkswaterstaat in eerste instantie zelf onderzoek gedaan naar dit onderwerp. Maar aangezien de brandwerendheid van beton in wegtunnels de belangen raakt van vele partijen betrokken bij de veiligheid van tunnels (tunnelbeheerders, openbare hulpdiensten en de bevoegde gezagen), heeft het KPT een themadag over de brandwerendheid van betonnen tunnels georganiseerd. Na deze themadag zijn vier gesprekstafels ingericht die vanuit verschillende invals- hoeken de problematiek rondom de brandwerendheid van beton in wegtunnels konden uitdiepen: Gesprekstafel 1 ? Bestaande tunnels Gesprekstafel 2 ? Nieuwe tunnels Gesprekstafel 3 ? Onderzoek Gesprekstafel 4 ? Brandbestrijding en hulpverlening Het verslag van het werk van het KPT en alle producten die door de verschillende gesprekstafels zijn opgeleverd, zijn verzameld in het document 'Brandwerendheid beton in wegtunnels ? Resultaten en verslag van het samenwerkingsproces', beschikbaar op de website van het KPT [6]. 1 Zeeburgertunnel. Aanbrengen brandwerende platen tegen de binnenwanden van de tunnel (1988), foto: https://beeldbank.rws.nl, Rijkswaterstaat 19 VAKBL AD 1 2022 BV 1 2022-3_Brand.indd 19BV 1 2022-3_Brand.indd 19 26-04-22 10:1826-04-22 10:18 hier van zijn in 2017 diverse brandproeven uit- gevoerd op ROK-beton, waaruit het beeld naar voren kwam dat ROK-beton meestal gaat spat - ten bij beproeving volgens de RWS-brand- cur ve. Al snel werd gesteld dat de samenstelling van het beton veranderd zou zijn en dat daarom het spatgedrag zou zijn veranderd. In onder meer het Algemeen Dagblad werd aandacht besteed aan de recente onderzoeken naar de brandwe - rendheid van onbeschermd beton in tunnels. Op 18 augustus 2020 stond in deze krant: "Er loopt een onderzoek naar vier tunnels die na 2008 zijn opgeleverd, omdat ze niet aan alle brandwerende normen voldoen. Oorzaak is dat bij extreme brand beton van de tunnel af kan spatten. Het beton houdt daardoor minder lang stand. Dat komt omdat in de loop der jaren de samenstelling van het beton is veranderd." Oorzaak in proeven Voor de betonindustrie en voor de leveranciers van grondstoffen voor beton was echter duide - lijk dat er geen bijzondere wijzigingen zijn geweest rond 2008 maar ook niet rond en na 2001, het jaar waarin het BR AWAT 3-onder - zoek plaatsvond. Zowel wat betreft de regel- geving als de productiemethoden van beton en grondstoffen voor beton zijn er geen bijzon- dere wijzigingen geweest. Bedenk ook dat installaties zoals klinkerovens en hoogovens al snel meer dan 50 jaar meegaan. De oorzaak van het verschil moet dan ook worden gezocht in de proef in 2001 en de proeven vanaf 2017. Achteraf kunnen we concluderen dat het uit - voeren van één proef aan onbeschermd beton in 2001 onvoldoende was om het ROK-beton als afspatongevoelig te karakteriseren. Boven- dien week de proefopzet af van de vanaf 2017 uitgevoerde proeven en zeer waarschijnlijk was ook het vochtgehalte in het proefstuk laag (4,1% m/m) en daarmee niet representatief voor beton in tunnels. Rond 2000 werd echter algemeen verondersteld dat spatten van beton vooral een aandachtspunt was voor hoge - s terktebeton en zeker niet voor beton tot sterkteklasse C28/35. De eenmalige proef bevestigde dat beeld, waardoor er geen aan- leiding was voor aanvullend onderzoek. Aanpassing ROK De ROK is inmiddels aangepast. Nog steeds kan in plaats van hittewerende bekleding een betonmengsel worden toegepast dat ongevoe -lig is voor spatten, maar dat moet op basis van brandproeven worden aangetoond. De brand- proeven mogen maximaal drie jaar geleden zijn uitgevoerd en moeten uiteraard representatief zijn voor het betonmengsel en de omstandig- heden in de tunnel (ROK 1.4, april 2017) [1]. THEORIE SPAT TEN VAN BETON Onder spatten van beton verstaan we het al dan niet explosief afspringen van grote of kleine stukken beton uit het betonopper vlak door blootstelling aan hoge en snel oplopende temperaturen. Dit spatten is een grillig feno- meen, dat zowel plaatselijk als over het gehele verhitte opper vlak kan optreden. Door het spatten neemt de betondekking snel af en kan de wapening bloot komen te liggen, waardoor deze direct opwarmt (foto 2). Terwijl zonder spatten het gedrag van de constructie bij brand redelijk voorspelbaar is, zijn er voor het optre - den van spatten en de mate waarin het optreedt helaas geen goede algemeen toepas - bare modellen beschikbaar. Het spatten van beton is een complex fenomeen dat nog niet volledig wordt begrepen. We kunnen meerdere vormen van spatten onderscheiden, waar van de belangrijkste en meest ernstige vorm het explosief afspringen van stukken beton uit het opper vlak is. Dit treedt gebruikelijk op na zo'n 7 tot 30 minuten na aanvang van de brand en leidt snel tot ern- stige beschadiging van het beton. Als verklaring voor het optreden van explosief spatten worden in de literatuur hoofdzakelijk twee mechanismen beschreven: spatten als gevolg van hoge poriedrukken door het ver - dampen van water en spatten als gevolg van het optreden van thermische spanningen. Vaak wordt één van deze twee mechanismen als enige of hoofdoorzaak genoemd, maar er zijn ook bronnen die aan beide mechanismen even- veel belang toekennen. Onderzoek naar het fenomeen spatten begon al meer dan 100 jaar geleden. In een proef - schrift uit 1935 wordt al gesteld dat spatten niet alleen wordt veroorzaakt door hoge porie - drukken, maar ook door thermische spannin- gen als gevolg van het snelle opwarmen. Beton is een fysisch en chemisch zeer complex mate - riaal, waar van de eigenschappen tijdens de brand ook nog eens veranderen. Naast de eigenschappen van het beton zijn er nog veel andere factoren van invloed op het spatgedrag van beton. Te denken valt aa