Beton biedt bijzonder interessante architectoni- sche mogelijkheden. Uiteraard is de kleur van het materiaal daarbij belangrijk. Zo willen architecten nog wel eens kiezen voor wit beton. Dat kan wor- den verkregen door het gebruik van wit portland- cement. Maar ook door toevoeging van hoog- ovenslak krijgt beton een lichte kleur (foto 1). Een van de mogelijke gevolgen daarvan is blauwkleu- ring. Gelukkig is die slechts tijdelijk van aard. B etonwaren, betonmortel, voorge- spannen beton of prefab beton. Beton is op vele manieren in hokjes in te delen. Een interessante groep wordt gevormd door 'architectonisch beton'. Daar waar beton vaak wordt ervaren als grijs en grauw, zien we de afgelopen decennia ook prachtige betonnen con- structies en architectonische hoog- standjes. Beton is bij uitstek een materi- aal dat de architect de mogelijkheden biedt zijn creatieve ideeën ook daad- werkelijk te realiseren, onder meer dankzij een enorme vormvrijheid. Naast de vormgeving speelt ook het 1 Door toevoeging van hoogovenslak krijgt beton een lichte kleur Blauw...? Dat is pas groen! Hoogovencement ondanks tijdelijke blauwkleuring goed alternatief voor wit portlandcement 9 VAKBLAD I 2 2019 auteur ing. Peter de Vries FICT ENCI Beeldmateriaal Geelen Beton en Spanbeton Foto's genomen bij Geelen Beton in Wanssum door Peter de Vries 3. blauwkleuring.indd 9 01-07-19 11:01 uiterlijk, de kwaliteit van het betonop- pervlak, een belangrijke rol bij de visu- ele beleving. Beton is in de basis grijs van kleur maar andere kleuren horen zeker tot de mogelijkheden, zo ook wit beton. Wit beton Een helder wit beton maak je niet met het traditionele grijze portlandcement. Portlandcement wordt vervaardigd uit portlandcementklinker; een industrieel vervaardigd halffabricaat, verkregen door het gezamenlijk branden van kalk- steen en silicium-, aluminium- en ijzer- houdende grondstoffen. De portland- cementklinker varieert in kleur van licht- tot donkerbruin en zelfs tot zwart. Door het malen wordt het bekende grijze poeder verkregen. Een cementproducent heeft echter meerdere opties om het grijze cement lichter en zelfs wit van kleur te maken. Speciaal daarvoor is wit cement ontwik- keld. Dit is een cement op basis van een ijzervrije portlandcementklinker. Het weglaten van de ijzercomponent heeft wel gevolgen voor het productieproces. De brandtemperatuur in de oven om de juiste 'smelttemperatuur' te krijgen, waarbij de noodzakelijke cementmine-ralen worden gevormd, ligt hoger dan bij het branden van de traditionele portlandcementklinker. Dat maakt het 'witte' cement niet alleen kostbaar maar ook minder CO 2-vriendelijk. Er bestaat echter nog een andere mogelijkheid de grijze kleur van het (portland)cement lichter te maken tot vrijwel wit. Dat kan door de normale grijze portlandcementklinker te men- gen met hoogovenslak. Puur gemalen hoogovenslak is spierwit van kleur maar is op zich geen cement en, door zijn langzame reactie met water, niet echt bruikbaar in beton. De gemalen hoog- ovenslak wordt normaliter geactiveerd door het bijmengen met portlandce- mentklinker, de basis voor een hoog- ovencement. Afhankelijk van de verhouding tussen de portlandcement- klinker en hoogovenslak kunnen we een aantal cementsoorten benoemen. Deze zijn in tabel 1 opgenomen. De uiteindelijke kleur van het (hoog- oven)cement wordt bepaald door de verhouding portlandcementklinker/ hoogovenslak én de maalfijnheid. Hoe meer hoogovenslak, des te minder dominant de grijze kleur van de port- landcementklinker. En hoe fijner een cement wordt gemalen, des te lichter wordt de kleur. Maar ook geldt dat een (te) laag percentage portlandcement- klinker ten koste gaat van de sterkteontwikkeling. De keuze voor een bepaald type cement wordt voor een belangrijk deel ook bepaald door de potentiële sterkte- ontwikkeling van het cement. Speciaal voor de prefab-betonindustrie is mid- den jaren negentig door de cementin- dustrie een 'snel' hoogovencement ont- wikkeld, een CEM III/A 52,5 N. Een cement met een gehalte hoogovenslak van 55% en toch een sterkteontwikke- ling die concurrerend is ten opzichte van portlandcement. Door zijn enorme fijnheid komt dit cement qua kleur dicht in de buurt van wit portlandce- ment (foto 2). Een ideaal cement voor architectonisch beton. Hoogovenslak Maar zo ideaal wordt het toch niet altijd ervaren. Als na voldoende verharding de bekisting van het beton wordt ver- wijderd en het beton is vervaardigd met een cement op basis van hoogovenslak, kleurt het oppervlak blauw. Dat is soms schrikken voor architect/ontwerper die een heel ander beeld voor ogen had. Betonproducenten weten echter dat de 2 Op de voorgrond trap- pen met wit cement, daarachter een trap met CEM III/A 10 VAKBLAD I 2 2019 Tabel 1 Aandeel klinker en slak in verschillende cementsoorten aanduiding % portlandklinker % hoogovenslak portlandcement, wit CEM I 1000 portlandcement CEM I 1000 portlandslakcement CEM II/A-S CEM II/B-S 80 ? 94 65 ? 79 6 ? 20 21 ? 35 hoogovencement CEM III/A CEM III/B CEM III/C 35 ? 64 20 ? 34 5 ? 19 36 ? 65 66 ? 80 81 ? 95 3. blauwkleuring.indd 10 01-07-19 11:01 blauwverkleuring tijdelijk is en uiteinde- lijk verdwijnt (foto 3a en 3b). De oorzaak van de blauwverkleuring ligt bij de belangrijkste grondstof voor hoogovencement: de hoogovenslak. Hoogovenslak is een bijproduct bij de vervaardiging van ruwijzer in een hoog- oven. Om precies te begrijpen wat de blauwkleuring veroorzaakt, wordt eerst iets uitgelegd over het productieproces van ijzer. Hoogovenproces Het metaal ijzer (Fe) komt in de natuur vrijwel uitsluitend voor in verbinding met zuurstof (O), dus als ijzeroxide. Er kunnen zich verschillende ijzeroxidevor- men voordoen: FeO, Fe 2O3 en Fe 3O4. Het ijzeroxide zit in de regel in ijzererts en is verbonden met steenachtig mate- riaal, het ganggesteente. In een hoogoven wordt bij hoge tempe - raturen, tot circa 1600 °C, het ijzer vrijgemaakt uit het oxide: het zogenoemde reduceren tot ijzer (Fe). Om dit hoogovenproces optimaal te laten verlopen, worden naast ijzererts (als grondstof) en cokes (brandstof) ook toe - slagstoffen ingezet als kalksteen, magne - sium en bauxiet. In de (verticale) hoog - oven zakt tijdens het smeltproces langzaam een mengsel van vloeibaar ijzer en de slaksmelt (dit is een mengsel van het vloeibare ganggesteente, kalksteen, magnesium en bauxiet) naar onderen in de hoogoven. Deze smelt wordt een aan - tal malen per dag afgetapt. Het vloeibare ijzer en de vloeibare slak- smelt lopen van onder uit de oven in een goot waarin het door een zogehe- ten 'skimmer' van elkaar wordt geschei- den. Een skimmer is een tunnelvormige constructie waar het zwaardere ijzer doorheen gaat, terwijl de lichtere, op het ijzer drijvende slaksmelt door het dak van de tunnel wordt tegengehou- den en gedwongen wordt af te vloeien via een slakafvoergoot. Het ruwijzer ver- volgt zijn weg naar de staalfabrieken voor verdere bewerking. De vloeibare slaksmelt wordt naar de granulatieput geleid waar de slaksmelt door middel van sproeiers met grote hoeveelheden water wordt afgekoeld. Deze snelle afkoeling wordt granuleren genoemd: de hete slak stolt vrij snel. Het glasach- tige stollingsproduct heeft een zandige, korrelige verschijningsvorm en wordt aangeduid als 'gegranuleerde hoog- ovenslak' en ook wel als 'slakkenzand'. De hoofdcomponenten in de glasach- tige structuur van de hoogovenslak zijn silicium, calcium, aluminium en magne- sium, afkomstig vanuit het gangge- steente, de kalksteen en de andere toe- slagstoffen. Daarnaast bevat het slakkenzand nog een zeer geringe hoe- veelheid van de elementen ijzer, man- gaan en zwavel. Het slakkenzand wordt vervolgens als grondstof afgevoerd naar cementfabrieken voor de fabricage van hoogovencement, een mengsel van gemalen portlandcementklinker en hoogovenslak. Blauwverkleuring In betonspecie komt het hoogovence- ment in aanraking met water. Net als een korreltje portlandcementklinker reageert ook een korreltje hoogovenslak met water, alleen dan veel langzamer. Maar in een sterk alkalisch milieu, in de nabijheid van portlandcementklinker dus, reageert de hoogovenslak op een voor de bouwpraktijk acceptabele snel- heid. Er is sprake van een 'alkalische activering'. Bij de reactie tussen een kor- reltje hoogovenslak en water komen naast de bekende hydratatieproducten (calciumsilicaathydraat), de elementen ijzer (Fe), mangaan (Mn) en zwavel (S) vrij. Deze reageren tot de verbindingen ijzersulfide (FeS) en mangaansulfide (MnS). Beide verbindingen zijn blauw en geven het beton, gemaakt met hoogovencement, de zo karakteristieke, blauwe kleur. Verdwijning Door inwerking van zuurstof uit de lucht (oxidatie) reageren de verbindin- gen ijzersulfide en mangaansulfide tot respectievelijk ijzersulfaat (FeSO 4) en mangaansulfaat (MnSO 4). Deze verbin- dingen hebben geen blauwe kleur. Bij 3 Element met blauw- kleuring (a) die naar verloop van tijd ver- dwijnt (b) A B 11 VAKBLAD I 2 2019 3. blauwkleuring.indd 11 01-07-19 11:01 verdergaande oxidatie van ijzer- en mangaansulfide naar ijzer- en man- gaansulfaat verdwijnt de blauwe kleur uit het betonoppervlak. Blijft een vers betonoppervlak gedu- rende langere tijd goed afgesloten van de lucht, bijvoorbeeld in een stalen of gecoate bekisting, dan is na ontkisten de blauwe kleur goed zichtbaar. Hoe langer de constructie in de kist is geble- ven, hoe intenser de kleur zal zijn (foto 4). Het cement heeft immers meer tijd gehad om met water te reageren en er hebben zich meer ijzer- en mangaan- sulfiden gevormd. In het algemeen geldt: hoe hoger de hydratatiegraad (dat is de mate waarin het cement met water heeft gereageerd), des te intenser de blauwkleuring zal zijn wanneer zuur- stof niet kan toetreden. Een intense blauwkleuring geeft dus aan dat de hydratatie van het cement (de verharding van het beton) al goed is gevorderd. Bovendien is de nabehan- deling van de blauwgekleurde opper- vlakken goed geweest, want als er van buitenaf geen zuurstof bij kan komen, is er ook geen sprake van uitdroging van het betonoppervlak. De blauwkleuring is ook intens wanneer de bekisting door een vakantieperiode pas na enkele weken wordt verwijderd. De betreffende betonconstructie of het betonelement zal nog wekenlang, tot soms wel maanden, een donkere en afwijkende kleur vertonen ten opzichte van omliggende delen of vergelijkbare betonelementen die korter in de bekis- ting hebben gezeten. Maar uiteindelijk trekt de blauwverkleuring weg en krijgt het beton zijn gewenste, lichte egale uiterlijk. Om onnodige discussie met de opdrachtgever/architect over de, wel- licht niet-verwachte, blauwverkleuring te vermijden, is goede voorlichting op zijn plaats. Daarnaast is het voor archi- tectonisch of schoonbeton aan te beve- len de bekisting te verwijderen op basis van gelijke rijpheid. Zodoende zal het beton niet onnodig lang in de bekisting blijven staan. Aan de andere kant mag het tegengaan van blauwkleuring nooit aanleiding zijn voor het vroegtijdig weghalen van de bekisting. Te vroeg ontkisten betekent een slechte nabe- handeling en dus een minder duurzame oppervlaktehuid. Dubbel duurzaam Er is een belangrijke reden om voor de toepassing van beton met een lichte kleur te kiezen voor een CEM III/A 52,5 in plaats van voor een wit portlandce- ment: de dubbele duurzaamheid. Levensduur Duurzaamheid is, in de context van levensduur, het vermogen van een constructie(deel), om gedurende een voldoende lange periode haar functies te vervullen. Tijdens de gebruiksfase wordt een betonconstructie blootge- steld aan invloeden van buitenaf die het beton en/of de wapening kunnen aan- tasten. Het beton moet daar voldoende weerstand tegen bieden. De keuze voor de juiste cementsoort speelt hierbij een belangrijke rol. De toepassing van een cement op basis van minimaal 50% hoogovenslak heeft hierbij duidelijke voordelen ten opzichte van een puur portlandcement; een betere bestand- heid tegen indringing van chloriden en daarmee het tegengaan van de corrosie van wapening, een betere bestandheid tegen aantasting door sulfaten en onge- voeligheid voor de alkali-silicareactie (ASR). Milieu Het begrip duurzaamheid heeft ook vanuit milieuoogpunt de laatste jaren een flitsende doorstart gemaakt. Politiek gezien is het terugdringen van de CO 2- uitstoot een van de belangrijkste the- ma's. Ook de bouw heeft hiermee te maken: Betonakkoord, Klimaattafels, Klimaatenvelop; alles draait om het terugdringen van de CO 2-uitstoot. Bij de verwerking en productie van hoog- ovenslak tot hoogovencement is de uit- stoot van CO 2 beperkt. In de combinatie van portlandcementklinker en hoogovenslak zit een optimum A B 4 Hoe langer de con- structie in de kist of mal is gebleven, hoe intenser de kleur zal zijn (a), maar ook hier verdwijnt de blauw- kleuring vanzelf (b) 12 VAKBLAD I 2 2019 3. blauwkleuring.indd 12 01-07-19 11:01 0 ~900 ~1100 ~450 50%100% gehalte aan portlandklinker [in%] CO 2 eq [kg/t] -50% = CEM III/A 52,5 N SR = CEM I 52,5 N = wit CEM I 52,5 N waarbij de eigenschappen als sterkte- ontwikkeling en duurzaamheid nog beide tot hun recht komen en waarbij tevens voldaan wordt aan de steeds lui- der klinkende vraag uit de markt naar 'groen' cement. CEM III/A 52,5 N heeft wat je zou kun- nen noemen een unique sellingpoint. Een cement met een gelijkwaardige sterkteontwikkeling aan portlandce- ment, maar met een ongeveer 50% lagere CO 2-uitstoot (fig. 5). Helemaal uniek zou de ontwikkeling van hoog- ovencement op basis van witte klinker kunnen zijn, wellicht toekomstmuziek? Duurzaam alternatief Architecten en ontwerpers streven in hun werk naar een unieke uitstraling. Met een wit portlandcement kan dat worden gerealiseerd. Maar er is ook een mooi alternatief op basis van hoog- ovenslak, een CEM III/A 52,5 N. Daarbij kan het zijn dat je eerst wordt gecon- fronteerd met een blauwe uitstraling, waarvan we nu weten dat hiermee eigenlijk een 'groene uitstraling' wordt bedoeld. Blauwkleuring van betonop- pervlakken mag nooit aanleiding zijn voor discussies op de bouwplaats. Vanuit Aandachtspunten ? Ontkisten van elementen bij gelijke rijpheid geeft een gelijke kleur. ? Om diep donkere blauwkleuring te voorkomen, moeten de elementen niet onnodig lang in de mallen blijven zitten. ? Extra vroeg ontkisten geeft wel een mooi licht oppervlak maar is niet bevorderlijk voor een goede kwaliteit van de buitenhuid. ? Oplegblokken voor opslag op het tasveld kunnen lelijke blauwe vlekken geven, dus het liefst een zo klein mogelijk contactoppervlak (foto 6). ? Om op het tasveld blauwkleuring als gevolg van plasjes regenwater (externe nabehandeling) te voorkomen, is het beter om een element met het 'zichtvlak' naar onderen op te slaan op het tasveld. ? Als de blauwkleuring na enkele dagen verdwenen is, komt het voor dat op het werk tijdens de bouwfase het betonop- pervlak nog tegen schade wordt beschermd door het af te dekken met folie of vilten dekens. Niet zelden komt het voor dat na verwijdering van deze bescherming het beto- noppervlak alsnog enige blauwkleuring vertoont. ? De blauwkleuring is niet altijd even egaal, maar vlekkerig. Dat komt omdat dan toch zuurstof bij het betonoppervlak heeft kunnen komen door een lokaal niet-luchtdichte af- sluiting van de mal. esthetisch oogpunt is het de eerste tijd misschien niet fraai, maar bedenk dat na verloop van tijd de blauwe kleur volledig verdwijnt met daarvoor in de plaats een helder egaal betonoppervlak. Literatuur Betoniek 9/24 Blauwkleuring 5 In grijs staat voor grijsportlandcement, blauw staat voor wit portlandcement. 6 Het verdient aanbeve- ling om het contactop- pervlak op het tasveld zo klein mogelijk te houden. Hier opgelost met een kunststof oplegmateriaal met halve bollen 13 VAKBLAD I 2 2019 3. blauwkleuring.indd 13 01-07-19 11:01