Op weg naar CO 2 - neutraal beton HIJSMONTAGEFR AME ? OPTIMALE KORRELPAKKING ? AFVANG VAN CO 2 ? EXPOSURE RESISTANCE CL ASSES BV 01_2024_Cover.indd 1BV 01_2024_Cover.indd 1 01-03-2024 14:4501-03-2024 14:45 VOOR TECHNOLOGIE EN UIT VOERING VAN BETON VAKBL AD 1 2024 Partner uitgelicht Hendriks groep geeft beton zijn vorm! De projecten van Hendriks groep zijn door de jarenlang opgebouwde kennis en ervaring technologische hoog- standjes met een hart voor beton en gegoten in staal. In een betonwereld die steeds verandert, is Hendriks groep de stabiele factor. Dat lukt alleen door kennis, ervaring en kwaliteit te leveren. Maar ook door innovatief te blijven en met veel trots en plezier aan projecten te werken. Hendriks groep Heb je ook interesse om partner te worden, neem dan contact op met Coen Smets, 06-10705780 of via e-mail c.smets@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. werking levert alle soorten plaat- en zetwerk met moderne, uiterst nauwkeurige lasersnij- machines en zetbanken. Kennis delen en innovatie zit in het DNA van het bedrijf. Bij Hendriks groep is iedere collega een belangrijke schakel in het proces naar een tevreden klant. Onze kennis delen we graag met onze klanten, studieverenigingen en scho- len. Hendriks groep vindt het essentieel om van elkaar te leren en nieuwe kennis en er va- ringen te delen. H endriks groep is gevestigd in Veenen- daal en bestaat uit drie bedrijven: Hen- driks precon maakt klantspecifieke sta- len prefab betonmallen voor de internationale betonindustrie. Daarnaast ontwerpt en levert Hendriks precon stalen bekistingen voor de internationale infrasector. Hendriks stalen bekistingtechniek is een gerenommeerde leverancier van stalen wand- en tunnelbekis - ting voor de woningbouw. Hendriks plaatbe - 2 VAKBL AD 1 2024 BV 01_2024_Partnerpagina-uitgelicht.indd 2BV 01_2024_Partnerpagina-uitgelicht.indd 2 01-03-2024 09:5701-03-2024 09:57 Cee-O-Tweestrijd en de UVT Als er iets is wat ik in deze onrustige tijden heb geleerd dan is het wel: eerst ergens een getal bij zetten en dan pas conclusies trekken. Ik nodig jullie graag uit om mee te cijferen aan iets waar iedereen het over heeft, maar wat niemand kan zien: CO 2. Enig idee hoeveel CO 2 jijzelf ? door voedsel te ver - branden en uit de ademen ? uitstoot? (ongeveer een kilootje per dag, elke dag weer). De tijd dat onze uitstoot tot dat kilootje beperkt bleef is ? na de ontdekking van het vuur ? al even achter ons; iedere Homo Industrialis stoot in West-Europa jaarlijks een ton of negen uit. In een paar weken tijd heb je er dus al de CO 2 uitstoot van een heel men- senleven op zitten. Laten we die paar weken de 'uitstoot verdubbelingstijd' (UV T) noemen. Hoe zit dat dan met een betonnen kunstwerk in de infrastructuur? Jullie weten ? gemotiveerd door de fiscale bijtelling van leaseauto's ? perfect wat een gemiddelde auto per gereden kilometer uitstoot. Met enige interesse voor het werk van de Concrete Sustainability Council kennen jullie ook de foot - print van een kuub beton. Wat wordt nu die UV T voor een gemiddeld kunst - werk? Laten we uitgaan van een flinke snelweg met in t wee richtingen 100.000 voertuigen per dag en van een betoninhoud van 100 m 3 per strekkende meter kunstwerk. Met de footprint van enerzijds een m 3 beton en anderzijds een gereden kilometer kun je de UV T uitrekenen. Benieuwd waar jullie op uitkomen! * Dus tja? keren we terug naar de tijd vóór de ont - dekking van het vuur of bouwen we voortaan kunstwerken waar geen ? fossiele ? voertuigen meer over rijden? Ik hoop dat deze aflevering van ons vakblad een steun is in deze Cee-O-Tweestrijd. Hans Kooijman Hoofdredacteur Betoniek Vakblad Voor reacties: hanskooijman@betoniek.nl * V oor elke goede ? of enigszins aannemelijke ? inzending plant ik een boom! STEIGERLOOS BOUWEN MET HIJSMONTAGEFR AME Bij een woningbouwproject in Utrecht bedacht BAM iets nieuws: het hijsmontage - frame. Hiermee konden de balkons, met diverse afmetingen, worden meegenomen in de gevelcyclus en waren geen steigers of ondersteuningsconstructies nodig. 4 O PTIMALE KORRELPAKKING VOOR CO 2- ARME MONOLIET VLOEREN Krimp is een belangrijke oorzaak van schade aan bedrijfsvloeren van beton. Beter gezegd: verhinderde krimp. Door meer aandacht te besteden aan het betonmengsel kan die krimp worden beperkt en kan ook nog eens op CO 2 worden bespaard. 12 CO 2-AFVANG BIJ DE PRODUCTIE VAN CEMENT Portlandcementklinker blijft onmisbaar als basis voor cement. Bij de productie hier van komt onvermijdelijk veel CO 2 vrij. Het afvan- gen van CO 2 is daarom een belangrijk onder - deel van de route naar CO 2-neutraal cement en beton. 18 BE TONDEKKING OP BASIS VAN EXPOSURE RESISTANCE CL ASSES Met de invoering van de nieuwe Eurocodes voor het ontwerpen van betonconstructies komen er ook nieuwe klassen voor de techni- sche levensduur, de zogenoemde Exposure Resistance Classes. 24 M A ART 2024 JA ARGANG 11 EN VERDER Partner uitgelicht/partners 2 Colofon 31 VOOR TECHNOLOGIE EN UIT VOERING VAN BETON VAKBL AD 1 2024 Op weg naar CO 2- neutraal beton HIJSMONTAGEFR AME ? OPTIMALE KORRELPAKKING ? AFVANG VAN CO 2 ? EXPOSURE RESISTANCE CL ASSES BV 01_2024_Cover.indd 1BV 01_2024_Cover.indd 1 01-03-2024 14:4501-03-2024 14:45 Foto voorpagina: Heidelberg Materials in Lixhe Foto Heidelberg Materials 3 VAKBL AD 1 2024 INHOUD BV 01_2024_Inhoud-redactioneel.indd 3BV 01_2024_Inhoud-redactioneel.indd 3 01-03-2024 14:4601-03-2024 14:46 HEF- EN STELMECHANISME GECOMBINEERD T ango is een gemengd wooncomplex met 178 sociale huurwoningen in Leidsche Rijn Centrum, vlak bij het Berlijnplein en naast de Stadsbaantunnel. Tango is een bouw - blok met variërende hoogten van zes tot negen bouwlagen rond een gemeenschappelijk hof. Kenmerkend in het ontwerp zijn onder meer brede penanten, vlakken met baksteenreliëf, verschillende metselverbanden en een afwij- kende hoge plint (foto 2).STEIGERLOOS BOUWEN De ruwbouw is uitgevoerd in beton volgens de bouwmethode wanden-breedplaat. De gebouwschil bestaat uit prefab houten sand- wich-gevelelementen, voorzien van steen- strips. De gevelelementen moesten zonder steiger worden aangebracht. Het gebouw is namelijk direct gelegen naast de drukke Stads - baantunnel, waardoor een traditionele steiger STEIGERLOOS BOUWEN met hijsmontageframe Bij het aanbrengen van prefab balkons speelt de bouwvolgorde een belangrijke rol. Kunnen de balkons worden meegenomen in de ruwbouwcyclus? Wat betekent dat voor de gevel? En hoe wordt omgegaan met steigers en onderstempeling? Bij een woningbouwproject in Utrecht bedacht BAM iets nieuws: het hijsmontageframe. Hiermee konden de balkons, met diverse afmetingen, worden meegenomen in de gevelcyclus en waren geen steigers of ondersteuningsconstructies nodig. 1 Tango in aanbouw. De omloopvoorziening is gerealiseerd met steeksteigers. De balkons zijn meegenomen in de gevelcyclus 4 VAKBL AD 1 2024 Auteur Sjors Tullemans, BAM Materieel ? Jacques Linssen, Betoniek / Aeneas Media PROJECTGEGEVENS Project Tango, Leidsche Rijn Opdrachtgever Portaal en Woonin Aannemer BAM Wonen ? Bouwen op Maat Leverancier gevels Webo Leverancier balkons Lammers Beton Weert Bevestiging balkons IDock, Schöck Architect Bureau Van Eig en Zecc Architecten Constructeur BAM A&E BV 01-2024_Steigerloos bouwen met hijsmontageframe.indd 4BV 01-2024_Steigerloos bouwen met hijsmontageframe.indd 4 01-03-2024 09:5801-03-2024 09:58 met metselaars tot te veel veiligheidsrisico's zou leiden. Bijkomend voordeel van het bou- wen zonder steigers was de verkorte bouwtijd. Aan de buitenzijde van het gebouw zijn steek- en klimsteigers gebruikt voor de ruwbouwbe- veiliging. Een steeksteiger is een omloopvlon- der die met twee 'vorken' om de vloer wordt geklemd. De steeksteiger bevindt zich één laag onder de te storten vloer (foto 1). Voor het storten van de betonnen druklaag is op de breedplaatvloer fabrieksmatig een stalen randkist meegenomen. Aan de binnenzijde van het gebouw kan op de laag van de te storten vloer worden omgelopen met behulp van vlonders die op de prefab con- soles zijn opgelegd (zie kader 'Binnenzijde: galerijplaten'). BALKONS Ook voor de balkons moest een oplossing wor - den bedacht om deze zonder steigers te kun- nen monteren. Ze konden bovendien niet in de ruwbouwfase worden meegenomen; niet tij- dens het storten van de vloeren en ook niet later met behulp van bijvoorbeeld een frame of tafel op de ondergelegen verdieping. Dat zou immers problemen opleveren bij het aanbren- gen van de gevels. Die werden van binnenuit gemonteerd en als de balkons op dat moment al aanwezig zouden zijn, was er onvoldoende ruimte voor de montage. De gewenste volg- orde was dus: gevelelement ? balkon ? gevel- element enzovoort. Anders gezegd: de prefab balkons moesten worden meegenomen in de gevelcyclus. Volgende uitdaging was de tijdelijke onder - steuning van de balkons. De balkons ? zeer divers in afmetingen en gewicht ? bevinden zich verspringend over de gevel, waardoor doorstempelen op een direct ondergelegen balkon niet mogelijk was. Voor sommige bal- kons zou dat betekenen dat ze zelfs tot op het maaiveld doorgestempeld moesten worden. Daarmee ben je in feite alsnog een steiger aan het bouwen. Deze onderstempeling zou bovendien moeten worden verankerd in het achtergelegen beton, dus door de al aange - 3 Voorzieningen ten behoeve van de IDock-sleuven De buitenste langszijde van het balkon wordt geklemd in een verstelbare stoel 2 Tango Utrecht 5 VAKBL AD 1 2024 BV 01-2024_Steigerloos bouwen met hijsmontageframe.indd 5BV 01-2024_Steigerloos bouwen met hijsmontageframe.indd 5 01-03-2024 09:5801-03-2024 09:58 brachte gevelelementen heen. Dat zou nog op te lossen zijn met tijdelijke sparingen in die elementen, maar ook dat is verre van ideaal, onder meer omdat de gevels zijn voorzien van steenstrips. BALKONBEVESTIGING Om ruwbouwfase en montage van de prefab balkons van elkaar te kunnen scheiden, is geko- zen voor het zogenoemde IDock-systeem. In dit s ysteem worden open sleuven in de vloer gecre - eerd, met behulp van kunststofbakken (foto 3). Die sleu ven zijn bedoeld om later de stekken die uit de balkons steken, in te laten vallen. De sleuven worden uiteindelijk aangegoten met kwalitatief hoogwaardige gietmortel. Ten behoeve van een goede aanhechting van de gietmortel aan het balkon zit er een profilering in de sleuven (foto 4). Dit systeem wordt gecombineerd met de Iso- korf-technologie ten behoeve van koudebrug- onderbreking. HIJSMONTAGEFR AME Voor de montage van de balkons is voor het project Tango een speciaal hijstuig ontwikkeld, dat een hefmechanisme combineert met een stelmechanisme. De balkons worden op maai- veld in dit zogenoemde hijsmontageframe bevestigd, waarna een kraan het frame oppakt 4 Geprofileerde sleuven in de vloer waar stekken van prefab balkons invallen BEVESTIGINGSSYSTEMEN BALKONS Er zijn verschillende typen systemen op de markt waarmee balkons achteraf aan een vloer kunnen worden bevestigd. Zo is er naast het in dit artikel beschreven IDock-systeem, het itens-systeem (fig. 5). Dit systeem lijkt op IDock, maar de bevestiging gebeurt met naspanning. In de vloer worden holle kokers aangebracht. In deze kokers worden strengen gestoken die aan het balkon vastzitten. Deze strengen worden vanuit een sparing in de vloer, aan het eind van de kokers, aangespannen. De positio - nering komt bij dit systeem iets nauwer. Bovendien moeten de stekken van de balkons vanaf de kopse k ant worden ingeschoven en kan dit niet van bovenaf. Voordeel is dat wapening in de vloer over de kokers/strengen kan doorlopen, wat bij IDock niet kan omdat die sleuven aan de bovenzijde open zijn. Alternatieven zijn onder meer het Balqoon- en het IQlick-systeem. De meeste van deze alternatieve systemen zijn te combineren met het hijsmontageframe. 5 Bevestiging balkons met itens (bron: normteq) De buitenste langszijde van het balkon wordt geklemd in een verstelbare stoel 6 VAKBL AD 1 2024 BV 01-2024_Steigerloos bouwen met hijsmontageframe.indd 6BV 01-2024_Steigerloos bouwen met hijsmontageframe.indd 6 01-03-2024 09:5801-03-2024 09:58 met vier hijspunten en het ver volgens naar de gewenste verdieping hijst. Daar schuift het frame over de vloer heen (foto 6). Ver volgens wordt het balkon met behulp van lasertechniek op exact de juiste positie gesteld, waarna de sleuven worden aangestort. Na enkele dagen, als de gietmortel voldoende is verhard (bepaald op basis van de methode van gewo-gen rijpheid), kan het frame van het balkon worden losgeschroefd en voor een volgend balkon worden gebruikt, al dan niet na het aan- passen van de configuratie. Ook bij de kopgevels, waar zich achter de gevel een betonwand bevindt, is dit frame toegepast. Daar kan het frame via de gevelopeningen naar binnen worden gestoken.ONTWERP FR AME De basis van het hijsmontageframe bestaat uit twee symmetrische stalen hoofddragers, haaks op de balkons. Deze liggers dragen het balkon en aan de andere zijde vallen ze over de vloer van het casco (fig. 7). Aan de dragers zijn vooraf leuningen beves - tigd. Afhankelijk van het formaat en gewicht van het balk on kunnen de dragers worden aangepast. 6 Toepassingen hijsmontageframe. 1. bevestiging op maaiveld; 2. frame wordt gehesen; 3. frame wordt over vloer geschoven; 4. frame op juiste positie 1 2 3 4 7 Doorsnede hijsmontageframe 7 VAKBL AD 1 2024 BV 01-2024_Steigerloos bouwen met hijsmontageframe.indd 7BV 01-2024_Steigerloos bouwen met hijsmontageframe.indd 7 01-03-2024 09:5801-03-2024 09:58 Tussen het deel van de twee hoofddragers dat zich boven het balkon bevindt, zijn trek-/ drukschoren aanwezig ten behoeve van de horizontale stabiliteit (fig. 8). Alle stabiliteits- voorzieningen bevinden zich in het deel bui- ten de gevel; de ruimte is vrij tussen de hoofd- dragers die over de vloer steken. Hiermee w ordt voorkomen dat obstakels in de weg staan en wordt toepassing bij betonwanden mogelijk. Het hijsmontageframe is zo ontworpen dat het verstelbaar is, waardoor balkons met verschil- lende afmetingen (dikte, breedte, lengte) bin- nen het project kunnen worden gehesen en gesteld. Die verstelbaarheid komt onder meer tot uiting in een van de belangrijkste onderde - len van het frame, de stoel aan het uiteinde van de stalen liggers. Hierin wordt de buitenste langszijde van het balkon geklemd (fig. 9). Een klemplaat valt over de opstaande rand van het balkon. Met een spindelunit kan de hoogte van de stoel worden aangepast en ook de diepte kan vrij worden ingesteld (fig. 10, foto 11). Daar waar het frame het balkon raakt, zijn neo- preenblokken voorzien om aftekening op het balkon te voorkomen. Voor bevestiging van het balkon in het frame aan de gebouwzijde, zit een bevestigingsanker in het balkon ingestort, waarin een draadeind wordt aangebracht. Voor de juiste maat is een afstandhouder tussen balkon en hoofddrager voorzien. Dit zijn busjes waardoor het draadeind steekt. Het draadeind wordt aan de Het frame is ontwikkeld om bij meer projecten in te zetten 8 Basisopzet frame, met stabiliteitsvoorzieningen 9 Hijsmontageframe stelpoot verankering profiel voor lastspreiding afstandhouder hoofddrager stoel trek-/drukschoor dwarsdrager 8 VAKBL AD 1 2024 BV 01-2024_Steigerloos bouwen met hijsmontageframe.indd 8BV 01-2024_Steigerloos bouwen met hijsmontageframe.indd 8 01-03-2024 09:5801-03-2024 09:58 bovenzijde van de hoofddrager met een volg- plaat vastgezet. Overigens verdwijnt het inge- storte anker, als het frame is ontkoppeld, onder de gevel uit het zicht. Iets verder naar binnen, daar waar de hoofd- dragers in de beuk steken, bevindt zich aan de hoofddragers een stelpoot. Hiermee steunt het frame af op de betonnen verdiepingsvloer. Deze stelpoot (steunpoten die ook voor vracht - wagens (opleggers) worden gebruikt) is op exact de juiste hoogte in te stellen. Waar de stelpoot op het beton steunt, bevinden zich de sleuven voor de verankering van het balkon. Om te grote krachten in de dammetjes tussen de sleuven te voorkomen, is hier een stalen profiel aangebracht, die de krachten uit de stelpoot verspreidt in de breedte. Nog verder naar binnen worden de uiteindes van de hoofdragers verankerd in de verdie - pingsvloer. Op deze positie moeten de trek - krachten worden opgenomen die ontstaan omdat het balkon door de zwaartekracht naar beneden wil kiepen. Voor deze verankering wordt op de vloer een jukje aangebracht die met een draadeind (door-en-door) aan de vloer wordt bevestigd. De hoofdragers sluiten aan op dit jukje (fig. 12). De exacte verticale positionering gebeurt met een hydraulische krikpot aan het eind van de hoofdragers (fig. 12) waarop een stempel wordt gezet die tegen het plafond afsteunt. Hiermee wordt de hoek van de balkons inge - 10 Detaillering stoel spindelunit stoel 11 S toel waarin balkon wordt geklemd, inclusief neopreenblokken steld, die iets moeten worden opgezet om latere zakking te compenseren. CAPACITEIT Om de krachten en met name de ver vormingen in het frame vast te stellen, is een 3D-reken- model opgesteld in SCIA Engineer (fig. 14). Alle voorkomende afmetingen van de balkons 12 Det aillering verankering aan vloer; aan het uiteinde krikpot voor positionering 9 VAKBL AD 1 2024 BV 01-2024_Steigerloos bouwen met hijsmontageframe.indd 9BV 01-2024_Steigerloos bouwen met hijsmontageframe.indd 9 01-03-2024 09:5801-03-2024 09:58 zijn ingevoerd. Die variëren van 3 m breed bij 1,8 m diep, tot wel 7,2 m breed en 0,6 m diep. Het hijsmontageframe is ontworpen voor een maximumgewicht van de balkons van 12 ton. Ook de ankers in het balkon zijn getoetst. Alle hijsframes zijn als hijstuig getest voor de maatgevende situatie. Dit testen gebeurt met 1,25× de maatgevende belasting. Hierbij wordt onder meer gekeken naar de ver vorming en de lassen. In het project Tango was het maximale gewicht van de balkons 6 ton. Voor de hoofd- dragers konden daardoor iets lichtere, standaardliggers van PERI worden gebruikt. De s toel kent een standaard uitvoering waarmee niet in de capaciteit is te variëren (ma x. 12 ton). Overigens zijn de liggers in een volgend project verzwaard, zodat daar ook daad w erkelijk een gewicht van 12 ton mogelijk was. BINNENZIJDE: GALERIJPL ATEN Aan de binnenzijde van het gebouw Tango is het hijsmontageframe niet ingezet. Hier zijn prefab galerijplaten opgelegd op consoles die met de achterliggende wanden zijn meegestort. Er was dus geen directe koppeling van de balkons aan de vloer nodig. Deze galerijplaten konden in de fase dat de vloer werd gestort nog niet op de console worden opgelegd. Deze console was op dat moment immers alleen in de wand verankerd en niet in de vloer. In plaats daarvan zijn tijdelijke vlonders op de consoles aangebracht als omloopvoorzie - ning (foto 13). ONTWIKKELPUNTEN Het frame is ontwikkeld om bij meer projecten in te zetten. Na het eerste gebruik bij Tango kwam een aantal ontwikkelpunten aan het licht. Bij toepassing van zwaardere hoofddra- gers, nodig bij een hoger gewicht van de bal- kons, wordt ook de tussenruimte in de dragers groter (de dragers bestaan uit twee UNP-pro- fielen). Hierdoor hoeft de stelpoot niet naast, maar kan die gecentreerd in de dager worden 13 Pr efab galerijplaten en omloopvoorziening aan de binnenzijde van het gebouw 10 VAKBL AD 1 2024 BV 01-2024_Steigerloos bouwen met hijsmontageframe.indd 10BV 01-2024_Steigerloos bouwen met hijsmontageframe.indd 10 01-03-2024 09:5801-03-2024 09:58 geplaatst. Hiermee worden torsiekrachten voorkomen. Verder wordt de trekbevestiging van de hoofd- dragers in de beuk geoptimaliseerd. In plaats van een stempel wordt ook hier een stelpoot aangebracht. En het draadeind wordt hier niet door-en-door aangebracht, maar wordt beves- tigd in een ingestort anker in de vloer. Het constructief model is volledig opnieuw in te zetten. Bij een volgende toepassing is het een kwestie van het aanpassen van de afme - tingen. Eventueel kan hier een parametrisch model voor worden opgezet. TOT SLOT Met het door de materieeldienst van BAM zelf ontwikkelde hijsmontageframe kan worden gebouwd zonder steigers en zonder onder - stempeling, dus ook zonder verankering aan het gebouw. Het systeem is een mooi voor -beeld van hoe met innovatief denken slimme en veilige oplossingen kunnen worden bedacht. Vanwege het vernieuwende karakter is voor de ontwikkeling een WBDO-subsidie ontvangen (fiscale regeling voor research en development van de overheid). Hoewel de woningbouw momenteel in een dip zit, lopen er al diverse aanvragen om het sys - teem ook elders in te zetten. De prefab houten sandwich- gevelelementen moesten zonder steiger worden aangebracht VIDEO Meer over hoe het hijsmontageframe in de praktijk werkt staat in een video op Betoniek.nl 14 Uit vergrote verplaatsingen frame uit het 3D-rekenmodel 13 Prefab galerijplaten en omloopvoorziening aan de binnenzijde van het gebouw 11 VAKBL AD 1 2024 BV 01-2024_Steigerloos bouwen met hijsmontageframe.indd 11BV 01-2024_Steigerloos bouwen met hijsmontageframe.indd 11 01-03-2024 09:5801-03-2024 09:58 Optimale korrelpakking VOOR CO 2 -ARME monolietvloeren 12 VAKBL AD 1 2024 Auteur ir. Daniel Toonen, Senior Sales Engineer ? Van Berlo, ir. Marie-Louise Peters ? Betontechnoloog R&D, Van Berlo BV 01-2024_Optimale korrelpakking voor CO2-arme monolietvloeren.indd 1\ 2BV 01-2024_Optimale korrelpakking voor CO2-arme monolietvloeren.indd 1\ 2 01-03-2024 09:5301-03-2024 09:53 Bedrijfsvloeren zijn een belangrijk toepassingsgebied van beton. Er is dus ook veel ervaring mee. Toch treden regelmatig schades op of zijn opdrachtgevers niet tevreden over het resultaat. Krimp is daarvan een belangrijke oorzaak. Beter gezegd: verhinderde krimp. Door meer aandacht te besteden aan het betonmengsel kan die krimp worden beperkt en kan ook nog eens op CO 2 worden bespaard. M et een relatief groot gebruiksopper- vlak ten opzichte van het betonvolume (circa 6 m 2 voor elke m 3) is een mono- lithisch afgewerkte betonvloer ? kortweg ook wel monolietvloer genoemd ? een van de moeilijkste en meest foutgevoelige construc -ties in de betonwereld. Waar betonspecie qua eigenschappen doorgaans een vergevingsge - zinde bandbreedte heeft, wordt bij betonvloe - ren elke onvolkomenheid aan het opper vlak vrijwel direct zichtbaar. Een ander probleem is scheur vorming door uitdrogingskrimp. In de praktijk wordt de krimp in belangrijke mate verhinderd door de ondergrond, zelfs wanneer de vloer op een folie wordt gestort. Door deze verhindering ontstaan trekspanningen in het beton. Als de treksterkte van het beton wordt overschreden, ontstaan er scheuren. Hoewel die scheur vorming kan worden beheerst door wapening in de vloer, kan ongewenste scheur - vorming in de praktijk vaak niet volledig wor - den voorkomen. ONDERZOEK Maar wat als er in het beton vrijwel geen scheuren ontstaan door uitdrogingskrimp? Ofwel, wat als het betonmengsel zodanig wordt ontworpen dat er vrijwel geen krimp optreedt? Om hier antwoord op te krijgen is zeven jaar geleden, in opdracht van Van Berlo, op de TU/e een vijfjarig promotieonderzoek gestar t. Tegelijkertijd heeft de R&D-afdeling van Van Berlo gekeken naar de mogelijkheden voor het verduurzamen van betonvloeren. Die vloeren zorgen voor een groot deel van de totale CO 2- uitstoot van de bouw van bijvoorbeeld een dis - tributiecentrum. Dit heeft geleid tot een nieuwe technologie, de zogenoemde Greymat- ter-technologie, die inmiddels in meerdere grote projecten is toegepast. Basis van deze technologie ? waarmee eind 2023 de Cobouw Innovatie Award 2023 werd gewonnen ? is een speciaal betonmengsel met een optimale kor - relpakking. KRIMP De CO 2-uitstoot van beton en krimp hebben indirect een relatie met elkaar. Daarom eerst terug naar het krimpprobleem. Er bestaan ver - schillende vormen van krimp. In monolietvloe - ren is het vaak uitdrogingskrimp die de groot - ste problemen veroorzaakt. In dit artikel gaat het om die specifieke vorm van krimp. Uitdro- gingskrimp is het gevolg van het verdampen van het niet-gebonden water in het beton via de capillaire poriën. Door dit water verlies trek - ken de poriën samen. Over het algemeen kan worden gesteld dat toeslagmaterialen zand en grind niet krimpen en dat het overgrote deel van de krimp optreedt in de aanwezige cementsteen. Meer over uitdrogingskrimp staat in Betoniek Standaard 17/06 ? Uitdro- gingskrimp. De mate waarin beton krimpt, is sterk afhanke - lijk van de samenstelling, meer specifiek van De mate waarin beton krimpt, is sterk afhankelijk van het water- en cementgehalte 1 Bovenaanzicht monolietvloer. Foto Van Berlo 13 VAKBL AD 1 2024 BV 01-2024_Optimale korrelpakking voor CO2-arme monolietvloeren.indd 1\ 3BV 01-2024_Optimale korrelpakking voor CO2-arme monolietvloeren.indd 1\ 3 01-03-2024 09:5301-03-2024 09:53 het water- en cementgehalte. Zoals uit figuur 2 blijkt, geldt hoe lager het watergehalte bij gelijkblijvend cementgehalte, hoe minder de krimp. Ook geldt: hoe lager het cementgehalte bij gelijkblijvende water-cementfactor, hoe lager de krimp. Voor de verwerkbaarheid van de betonspecie is een minimumhoeveelheid water nodig. Uit- gaande van een bepaalde water-cementfactor, nodig voor onder meer de sterkte, is daarmee ook een minimum cementgehalte nodig. Er zijn verschillende andere factoren die het cement -gehalte in het beton bepalen, zoals de milieu- klasse. Volgens NEN-EN 206 en NEN 8005 hoort bij een bepaalde milieuklasse een mini- mumhoeveelheid cement. Betonvloeren moe - ten in de meeste gevallen voldoen aan milieu- klasse XC1 (binnenmilieu). Daarbij hoort een minimumcementgehalte van 260 kg/m 3 en een maximale water-cementfactor van 0,65. Het cementgehalte in betonspecie voor mono- lietvloeren ligt over het algemeen rond 350 kg/ m 3. Als dit wordt teruggebracht naar 260 kg/m 3 kun je flinke winst boeken. Minder cement zorgt niet alleen voor een lager risico op scheur vor - ming, maar leidt ook nog tot een gunstiger CO 2- profiel. Maar hoe realiseer je een reductie van het cementgehalte van bijna 100 kg/m 3? OPTIMALE PAKKING Een van de oplossingen voor het reduceren van het cementgehalte is een optimale korrelpak - king, ofwel een optimale opbouw van het toe - slagmateriaal in het beton. Het toeslagmateri- aal neemt zo'n 70% van de betonsamenstelling in. Zoals op foto 3 is te zien, bevinden zich holle ruimten tussen het toeslagmateriaal. De maat - beker aan de linkerkant (foto 3) is gevuld met grindkorrels met een diameter tussen de 4 mm en 31,5 mm. Tussen de grindkorrels passen weer zandkorrels, die een maximale diameter hebben van 4 mm. Ook tussen de zandkorrels (maatbeker aan de rechterkant foto 3) zitten weer holle ruimten (foto 4). Als je deze holle ruimten vult met korrels kleiner dan zandkor - rels, zoals kalksteenmeel of vliegas, dan beperk je het gehalte holle ruimten verder (fig. 5). De korrelpakking is van invloed op veel rele - vante eigenschappen van zowel betonspecie als van het verharde beton. Dat geldt bijvoor - beeld voor de waterbehoefte en de verwerk - baarheid van betonspecie, maar ook voor de dichtheid en de sterkte van het verharde beton. Simpel gezegd geldt hoe minder holle ruimten in het korrelpakket, hoe minder cement je nodig hebt. Meer over korrelpakking staat in Betoniek Standaard 16/21. Pakkingsmodellen Wat de optimale korrelpakking is, is niet een- voudig vast te stellen. Dit kan op basis van tes - ten in het laboratorium, maar dat vraagt een grote inspanning. Het is efficiënter hier voor een model te gebruiken. In de eerderge - noemde promotiestudie heeft de TU/e een korrelpakkingsmodel specifiek voor monoliet - vloeren opgesteld. Het gebruik van pakkings - modellen is niet nieuw in de betonwereld. In Betoniek zijn er verschillende artikelen over geschreven (zie ook Betoniek Standaard 16/21). Voor de kenners zijn ook de ontwerp- gebieden voor toeslagmateriaal gesneden koek. Die weten dat een korrelverdeling in ont - werpgebied I minder water vraagt dan een kor - relverdeling in ontwerpgebied II. Deze ont - werpgebieden gaan echter terug tot een minimale korreldiameter van 0,063 mm. 2 Krimp is afhankelijk van de hoeveelheid water en het cementgehalte 3 Maatbekers met grind- en zandkorrels 4 Z andkorrels onder een microscoop Een van de oplossingen voor het reduceren van het cementgehalte is een optimale korrelpakking 14 VAKBL AD 1 2024 BV 01-2024_Optimale korrelpakking voor CO2-arme monolietvloeren.indd 1\ 4BV 01-2024_Optimale korrelpakking voor CO2-arme monolietvloeren.indd 1\ 4 01-03-2024 09:5301-03-2024 09:53 DE PR AK TIJK MET MONOLIET VLOEREN Na het afronden van het genoemde promotie- onderzoek heeft de R&D-afdeling van Van Ber lo de kennis verder ontwikkeld naar de Greymatter-technologie voor monolietvloe - ren. Deze technologie gaat uit van een opti- male korrelpakking. Om een optimale korrel- pakking te kunnen realiseren, worden per pr oject de beschikbare grondstoffen uitge - breid geanalyseerd. Dit betekent voor het toe - slagmateriaal dat naast de standaard zeven- set , ook de tussenzeven worden gebruikt. Ook de korrels kleiner dan 0,063 mm van de poe - ders worden meegenomen. Hiertoe wordt g ebruikgemaakt van een apparaat dat door middel van statische lichtverstrooiing de dia- meters van de korrels met een diameter van 0,01 ?m t ot en met 2 mm vastlegt (fig. 6). De optimale korrelpakking in de technologie wordt bepaald met behulp van het Andreasen & Andersen pakkingsmodel. Hierbij wordt de vol - gende formule gebruikt, die bekendstaat als de g emodificeerde Andreasen & Andersen formule: PTarget (D i) = D iq? D qmin ? D q min Dqmax Een voorbeeld van een optimale korrelverde - ling is te zien in de grafiek van figuur 7. De gekleurde lijnen zijn de verschillende korrel- verdelingen van de verschillende grondstof - fen. De zwarte lijn is de theoretisch optimale korrelverdeling. Door middel van het toepas - 5 Drie mengsels met verschillende korrelopbouw 6 Grafische weergave laserdiffractie korrelverdeling poeders (bron: 3P Instruments) 15 VAKBL AD 1 2024 BV 01-2024_Optimale korrelpakking voor CO2-arme monolietvloeren.indd 1\ 5BV 01-2024_Optimale korrelpakking voor CO2-arme monolietvloeren.indd 1\ 5 01-03-2024 09:5301-03-2024 09:53 sen van het pakkingsmodel kan worden bepaald hoeveel van elke grondstof nodig is om deze optimale korrelverdeling zo veel mogelijk te benaderen. De gestreepte zwarte lijn is de meest optimaal haalbare korrelverde- ling van de verschillende grondstoffen. In de grafiek is duidelijk te zien dat de gestreepte lijn de optimale lijn niet helemaal volgt. De afwijking van de gestreepte lijn ten opzichte van de optimale lijn kan ver volgens worden berekend door middel van de kleinste kwadratenmethode. Het berekende getal zegt iets over deze afwijking: hoe groter het getal, hoe groter de afwijking. De mate van afwijking bepaalt de waterbehoefte van het korrelpakket. Een grotere waterbehoefte zal automatisch lei- den tot meer krimp. Een alternatief is het verho- gen van de hoeveelheid plastificeerder. Nadeel hier van is dat de 'taaiheid' (ofwel: viscositeit) van het betonmengsel toeneemt en daarmee het verwerkingsproces wordt benadeeld. Bij een te grote afwijking kan besloten worden om met andere grondstoffen te gaan werken. Op deze manier wordt de geschiktheid van de grondstoffen van de verschillende betoncen- trales in kaart gebracht. RESULTA AT Door middel van het toepassen van het pak - kingsmodel wordt een basisbetonmengsel ver - kregen. Door gebruik te maken van een opti- male korrelpakking kan een recept worden gemaakt met 260 kg/m 3 cement, een kwart minder dan gebruikelijk. Zoals eerder toege - licht, wordt door de hoeveelheid cement te reduceren de gevoeligheid voor uitdrogings - krimp beperkt. Dit wordt bevestigd door het jarenlang uitvoeren van krimpmetingen op pris - ma's en cilinders (foto 8). Om een duidelijk beeld te geven van het verschil in lengteveran- dering tussen een standaard vloerenbeton en een vloerenbeton volgens de Greymatter-tech- nologie, zijn de krimpresultaten van deze twee verschillende samenstellingen uitgezet in de grafiek van figuur 9. Niet alleen worden lange- duur-krimpmetingen onder laboratoriumom- standigheden uitgevoerd, maar worden ook op projectbasis sensoren in de vloer gestort om in-situ-krimpmetingen te monitoren (foto 10). Door het beperken van de krimp wordt ook het risico op scheur vorming gereduceerd en hoeft er minder of zelfs geen krimpwapening te worden aangebracht. Wapeningsconfiguraties kunnen 100 90 80 70 60 50 40 30 20 100 0,1 1 10 100 1.000 10.000 100.000 Cumulatieve Doorval (%) Zeefopening [µm] Optimale korrelgrootteverdeling Mengsel Optimaal CEM III/B 42,5 LH/SR (HMU) CEM I 52,5R (HMR) Poederkoolvliegas MR 3A Zand 0/4 Grind 4/16 Grind 4/32 8 Jarenlang onderzoek naar lengteverandering van verschillende recepturen 9 Verschil in lengteverandering tussen vloerenbeton volgens de Greymatter-technologie en standaard vloerenbeton -0.50 -0.45 -0.40 -0.35 -0.30 -0.25 -0.20 -0.15 -0.10 -0.050.00 0.05 0.10 0 50 100 150 Tijd [dagen] Lengteverandering proefstukken beton (Ø1 50 mm) Van Berlo Greymatter Standaard Vloerenbeton Lengteverandering [mm/m] 200 7 Weergave korrelgrootteverdeling grondstoffen en optimale korrelgrootteverdeling 16 VAKBL AD 1 2024 BV 01-2024_Optimale korrelpakking voor CO2-arme monolietvloeren.indd 1\ 6BV 01-2024_Optimale korrelpakking voor CO2-arme monolietvloeren.indd 1\ 6 01-03-2024 09:5301-03-2024 09:53 daarom effectiever worden gekozen. Bij elkaar opgeteld zorgt het reduceren van de hoeveelheid cement en het beperken van de hoeveelheid wapening voor een aanzienlijke CO?-reductie. Op dit moment wordt de reductie van de hoeveel - heid cement beperkt tot 260 kg/m 3, het volgens de norm minimum cementgehalte voor milieu - klasse XC1 (binnenvloeren). De hoeveelheid c ement zou nog verder naar beneden kunnen, als de regelgeving dit zou toelaten. Daar voor is op dit moment een apart testtraject nodig. HULPSTOFFEN Door het beperken van het cementgehalte, moet voor een goed resultaat ook het watergehalte naar beneden. Dat heeft echter invloed op de verwerkbaarheid. Door gebruik van speciaal voor Van Berlo ontwikkelde hulpstoffen, is ook hier een oplossing voor gevonden (hierin schuilt onder andere het geheim van de smid). Het basisbetonmengsel wordt door een geselec - teerde betoncentrale geleverd op de bouw - plaats. Hieraan wordt door Van Berlo de hulpstof op maa t toegevoegd. Elke betonmixer wordt vooraf door betonspecialisten van Van Berlo gekeurd, voordat de hulpstof wordt toegevoegd. Om dit proces te automatiseren, wordt er op dit moment gewerkt aan een doseerinstallatie die aan de hand van sensormetingen de benodigde hulpstoffen zelfstandig kan toevoegen. CIRCUL AIR BETON Als naast het verlagen van het cementgehalte door de nieuwe technologie ook nog een gedeelte van de primaire grondstoffen wordt ver vangen door secundaire grondstoffen, wordt de CO 2-footprint van de betonvloer verder verlaagd. Een mooi voorbeeld hier van is het project Hout - lab in Nieuwkuijk (foto 11). Hier is 50% van het riviergrind ver vangen door secundair grof materiaal (Freegravel van New Horizon & Rutte 10 In-situ-krimpmetingen 11 S torten van de CO 2-arme, scheur vrije en circulaire staalvezelbetonvloer Houtlab in Nieuwkuijk Groep) (foto 12). Dit type betongranulaat is dankzij een speciaal breekproces ronder en schoner dan regulier betongranulaat. Dit bete - kent niet alleen een lagere waterabsorptie, maar ook dat de korrels beter in elkaar passen en het dus mogelijk is een hogere pakkings - graad te krijgen. In de betonsamenstelling is naast dit betongranulaat ook gemalen hoog- ovenslak en poederkoolvliegas gebruikt. Het aandeel secundair materiaal is daarmee in totaal bijna 32%. Doordat het mengsel is ont - worpen met een lagere krimpverwachting, kon ook van een hybride wapening (traditionele wapening + staalvezels) de overstap worden gemaakt naar alleen staalvezels. Door de Grey - matter-technologie te combineren met secun- daire grondstoffen is in dit project een CO 2- besparing van grofweg 40% behaald op basis van verbruikte materialen ten opzichte van een standaardoplossing. Het grootste deel van deze besparing, ongeveer 85%, is te danken aan cement- en staalreductie. De overige 15% is te danken aan het gebruik van circulair materiaal. K WALITEIT De betonwereld, van ingenieursbureau tot cementindustrie, staat niet stil als het gaat om verduurzaming. Met diverse ontwikkelingen van - uit verschillende invalshoeken worden stappen g ezet in verduurzaming. Dat moet uiteraard niet ten koste gaan van kwaliteit en levensduur. Daar moet te allen tijde voldoende oog voor zijn. Dat geldt zeker ook voor monolietvloeren, zoals eer - der aangegeven misschien wel de moeilijkste en mee st foutgevoelige betonconstructie om te maken. Elke nieuwe ontwikkeling moet daarom uitvoerig worden onderzocht op geschiktheid. Mede door het relatief grote gebruiksopper vlak per m 3 beton kunnen onverwachte effecten enorme schades tot gevolg hebben, met in eerste instantie verlies aan functionaliteit van de vloer en in tweede instantie financiële schadeposten. NATIONALE MILIEUDATABASE In de Nationale Milieudatabase (NMD), beheerd door de Stichting Nationale Milieudatabase, staan milieuprofielen (EPD's) van bouwproducten. Op dit moment wordt gewerkt aan een traject om de betonvloeren op te nemen in de NMD. DISTRIBUTIECENTRUM HELMOND Voor het project Distributiecentrum Rietbeem- dweg in Helmond is in september 2022 een zeer vlakke bedrijfsvloer (DIN 15.185) van 11.000 m 2 met een lage CO 2-footprint gereali- seerd. In dit project is voor het betonmengsel de in dit artikel beschreven technologie toe - gepast, gecombineerd met een duurzamer wapeningsontwerp. Dit heeft geleid tot een CO 2-besparing van grofweg 32% op basis van verbruikte materia- len ten opzichte van een standaardoplossing. 12 Freegravel 17 VAKBL AD 1 2024 BV 01-2024_Optimale korrelpakking voor CO2-arme monolietvloeren.indd 1\ 7BV 01-2024_Optimale korrelpakking voor CO2-arme monolietvloeren.indd 1\ 7 01-03-2024 09:5301-03-2024 09:53 TECHNIEKEN EN PROJECTEN VOOR DE AFVANG VAN CO 2 BIJ DE PRODUCTIE VAN PORTL ANDCEMENTKLINKER CO 2 -afvang bij de productie van cement De route naar klimaatneutraal cement en beton bestaat uit meerdere stappen, waaronder het efficiënter ontwerpen van beton- constructies en het vervangen van fossiele brandstoffen. Ook zal wereldwijd het aandeel portland- cementklinker in cement verder worden verlaagd door gebruik van alternatieven zoals gecalci- neerde klei en gerecyclede cementsteen. Portlandcement - klinker blijft echter onmisbaar als basis voor cement. Bij de produc - tie hiervan komt door het verhit - ten van kalksteen onvermijdelijk veel CO 2 vrij. Het afvangen van CO 2 is daarom een belangrijk onderdeel van de route naar CO 2- neutraal cement en beton. Voor deze carbon capture bestaan ver - schillende technieken. Actuele projecten tonen de potentie aan. 18 VAKBL AD 1 2024 Auteur ir. Edwin Vermeulen MBA, Cement&BetonCentrum WA AROM CO 2-AFVANG? Bij de productie van de belangrijkste grondstof voor cement, portlandcement - klinker, komt veel CO 2 vrij. Het grootste gedeelte komt vrij bij het verhitten van kalksteen. Bij ongeveer 900 °C wordt de kalk - steen (CaCO 3) omgezet in vrije kalk (CaO) en CO 2. Het gaat om ongeveer 510 kg CO 2 per ton klinker. Daarnaast komt er CO 2 vrij door gebruik van brandstoffen voor het verhitten BV 01-2024_CO2-afvang bij de productie van cement.indd 18BV 01-2024_CO2-afvang bij de productie van cement.indd 18 01-03-2024 09:5401-03-2024 09:54 1 De eerste fabriek ter wereld waar grootschalig CO 2 wordt afgevangen is de fabriek van Heidelberg Materials in Noorwegen (Brevik) 19 VAKBL AD 1 2024 van de cementoven. Voor de brandstoffen zijn alternatieven in gebruik (secundaire brand - stoffen) en in ontwikkeling (groene water - stof), maar het vrijkomen van CO 2 uit kalk - steen kan niet worden voorkomen. Daarom w ordt er door de cementindustrie hard gewerkt aan de ontwikkeling van technieken om deze CO 2 af te vangen en ver volgens elders te gebruiken of op te slaan. In dit artikel gaat het voornamelijk om de eerste stap: het afvan - gen van CO 2. Alle in ontwikkeling zijnde technieken om CO 2 af te vangen, richten zich op het concentreren van de CO 2. De rookgassen van een cemento- ven bevatten namelijk grofweg 25% CO 2 en dat is veel te laag om het efficiënt te kunnen afvan- gen en te gebruiken of op te slaan. In dit artikel wordt ingegaan op drie verschillende technie - ken voor het concentreren van de vrijkomende CO 2: oxyfuel, amines en separate calcinatie (Leilac). Er wordt natuurlijk ook gekeken naar alternatie - ven voor portlandcementklinker. Maar vanwege de enorme vraag naar cement, de beschikbaar - heid van grondstoffen en de chemische rand- voorwaarden zal portlandcementklinker voor het grootste deel de basis blijven voor cement. Lees over de achtergrond hier van en over mogelijke alternatieven voor portlandcement - klinker het artikel 'CO 2-reductie: opties voor cement' (Betoniek 2019/3 en Cement 2020/1). OX YFUEL De eerste techniek waar we naar kijken wordt aangeduid met de term oxyfuel en betreft kort samengevat het gebruik van zuivere zuurstof in plaats van lucht voor het brandproces in de klinkeroven. Principe oxyfuel In een cementoven wordt lucht geblazen om de voor het verhitten van de oven gebruikte brand- stoffen van zuurstof te voorzien. Het gaat om grote hoeveelheden lucht, waardoor de CO 2 die vrijkomt uit de kalksteen en uit de brand- stoffen sterk wordt verdund. Lucht bestaat immers uit 78% stikstof en 21% zuurstof. Bij het 'pure' oxyfuel-proces wordt in plaats van lucht uitsluitend zuivere zuurstof in de oven geblazen, waardoor de rookgassen hoofdza- kelijk uit CO 2 bestaan. Er komt tenslotte geen stikstof meer in de oven en de zuurstof rea- geert met de brandstoffen tot CO 2. Door de hoeveelheid zuurstof af te stemmen op de voor de brandstoffen benodigde hoe - veelheid, ontstaat er samen met de CO 2 uit de kalksteen een CO 2-concentratie van meer dan 90%. Door deze hoge CO 2-concentratie hoeven de rookgassen alleen nog ontdaan te worden van waterdamp en wat verontreini- gingen. Daarna kan de CO 2 worden gecom- primeerd en getransporteerd voor opslag of gebruik. BV 01-2024_CO2-afvang bij de productie van cement.indd 19BV 01-2024_CO2-afvang bij de productie van cement.indd 19 01-03-2024 09:5401-03-2024 09:54 2 Schematische weergave van de nieuw te bouwen installaties bij de cementfabriek in Lägerdorf. In blauw de nieuwe oxyfuel ovenlijn en in geel de installatie voor het afvangen van CO 2 20 VAKBL AD 1 2024 Het klinkt als een eenvoudige oplossing, maar er komt een hoop bij kijken. Zo moet het brand- proces worden aangepast omdat er door het gebruik van pure zuurstof anders hogere ver - brandingstemperaturen zouden ontstaan. Er moet uiteraard zeer veel zuivere zuurstof wor - den geproduceerd (voor een gemiddelde klin- keroven zo'n 30 ton zuurstof per uur) waar voor een luchtsplitsingsinstallatie nodig is. En de gehele ovenlijn moet zo luchtdicht mogelijk worden gemaakt, wat bij de hoge temperatu- ren en draaiende delen niet eenvoudig is. Catch4climate Het principe van oxyfuel is jaren geleden bedacht en zelfs al in een proefinstallatie getest in 2017. Vier cementproducenten, Dyc - kerhoff, Heidelberg Materials, Schwenk en Vicat, werken nu samen aan het project catch- 4climate, waarin het principe op grote schaal zal worden toegepast. Voor dit project wordt door thyssenkrupp Polysius in Duitsland een demonstratiefabriek op semi-industriële schaal gebouwd bij de cementfabriek van Sch- wenk in Mergelstetten. Het wordt de eerste fabriek gebaseerd op het oxyfuel-principe. In de fabriek zijn op basis van de er varingen met de eerdere proefinstallatie de nodige verbete - ringen doorgevoerd. De productielijn, die naar verwachting eind 2024 operationeel zal zijn, kan 450 ton klinker per dag produceren. Ter vergelijking: met een reguliere klinkeroven kan een paar duizend ton klinker per dag wor - den geproduceerd. De installatie heeft dus weliswaar een forse schaalgrootte, maar is niet direct bedoeld als productielocatie. De instal- latie dient vooral voor verder onderzoek en ontwikkeling van de oxyfuel-techniek. Volledige afvang van CO 2 met oxyfuel De 'pure' oxyfuel-technologie is veelbelovend. Zowel de CO 2 van de calcinatie van kalksteen als de CO 2 van de brandstoffen worden hier - mee geconcentreerd afgevangen, zonder com- plexe systemen om de CO 2 uit de rookgassen te halen en te concentreren. De deelnemende producenten verwachten na succesvolle afronding van dit project deze technologie op volledige industriële schaal te kunnen gaan toepassen. Twee projecten voor het met behulp van oxy - fuel volledig afvangen van CO 2 op industriële schaal zijn al gestart. Het betreft het project GeZero van Heidelberg Materials voor de cementfabriek in Geseke en het project Car - bon2Business van Holcim voor de cementfa- briek in Lägerdorf. De er varingen van het catch4climate-project zullen worden benut bij de bouw van de nieuwe ovens, waarmee in 2026 zal worden begonnen. Naar verwachting zal vanaf 2029 de cementproductie bij deze fabrieken volledig klimaatneutraal zijn. Combinatie met windenergie en waterstof ? WESTKÜSTE100 Bij de fabriek van Holcim in Lägerdorf (fig. 2) zal de voor het oxyfuel-proces benodigde zuurstof afkomstig zijn van de productie van waterstof met windenergie. Het betreft het project WESTKÜSTE100 (fig. 3) in Sleeswijk- Holstein, de noordelijkste deelstaat van Duits - land, waar tien partijen vanuit diverse indus - trieën samenwerken aan het opzetten van een regionale groene waterstofeconomie. Bij dit project wordt de productie van waterstof uit windenergie op ingenieuze wijze gecombi- neerd met het afvangen van de CO 2 die vrijkomt bij de productie van cement, de productie van synthetische kerosine en het verwarmen van huizen. Met windenergie wordt door middel van een elektrolyse-installatie van 30 MW waterstof en zuurstof geproduceerd. De zuurstof wordt gele - verd aan de cementfabriek van Holcim. De CO 2 van de cementfabriek wordt samen met water - Door de cementindustrie wordt hard gewerkt aan de ontwikkeling van technieken om CO 2 af te vangen BV 01-2024_CO2-afvang bij de productie van cement.indd 20BV 01-2024_CO2-afvang bij de productie van cement.indd 20 01-03-2024 09:5401-03-2024 09:54 4 De bouw van de benodigde installaties van Brevik CSS is in volle gang. Hier wordt een zogenoemde absorber column geïnstalleerd, waarin de rookgassen door een oplossing van amines zullen worden geleid 3 S chema van het totale project WESTKÜSTE100 21 VAKBL AD 1 2024 stof omgezet in methanol en ver volgens geraffi- neerd tot synthetische kerosine. De waterstof kan ook worden gebruikt om rechtstreeks hui- zen te verwarmen. Wanneer er een overschot aan waterstof is kan deze worden opgeslagen. Bij de cementfabriek zal met behulp van oxy - fuel alle vrijkomende CO 2, 1,2 miljoen ton per jaar worden afgevangen. Hierdoor zal deze fabriek al voor 2030 klimaatneutraal zijn. AMINES De eerste fabriek ter wereld waar grootschalig CO 2 zal worden afgevangen, is de fabriek van Heidelberg Materials in Noorwegen (Brevik). Al in 2024 zal hier CO 2 worden afgevangen, met behulp van amines. Bij deze techniek wordt kort samengevat CO 2 uit de rookgassen gehaald en daarna geconcentreerd. Brevik CCS In Brevik wordt nu volop gebouwd aan de installaties die nodig zijn om CO 2 die vrijkomt bij de productie van portlandcementklinker vanaf eind 2024 af te vangen en permanent op te slaan. Aan dit project, Brevik CCS (Carbon Capture and Storage), zijn natuurlijk de nodige studies voorafgegaan. Al vanaf 2005 werd nagedacht over mogelijkheden om de vrijko- mende CO 2 af te vangen. Op kleine schaal werd bij de cementfabriek in 2014 de technologie getest om met amines CO 2 uit de rookgassen te kunnen halen. Een haalbaarheidsonderzoek werd in 2016 afgerond. Het Brevik CCS-project werd gestart in 2020 (foto 4) en is onderdeel van het project Longship van de Noorse over - heid. Dit Longship-project omvat naast de CO 2-afvang bij de cementproductie ook de afvang van CO 2 van een afvalenergiecentrale in Oslo, het transport per schip van vloeibare CO 2 naar een CO 2-ontvangstterminal aan de Noorse kust en het vandaaruit via een pijplei- ding transporteren van de CO 2 naar de perma- nente opslaglocatie onder de Noordzee. Bij de cementfabriek zal jaarlijks 400.000 ton CO 2 BV 01-2024_CO2-afvang bij de productie van cement.indd 21BV 01-2024_CO2-afvang bij de productie van cement.indd 21 01-03-2024 09:5401-03-2024 09:54 6 Permanente opslag van CO 2 op een diepte van 1 tot 2 km onder de zeebodem (bron: www.brevikccs.com) koeler 150 °C 30 °C absorberopname CO CO -vrije rookgassen desorber afgifte CO 120 °C 30 °C opslag vloeibare CO 15 bar -26 °C rookgassen restwarmte CO 5 Schematische weergave van CO 2-afvang met amines Er worden drie technieken voor het concentreren van de vrijkomende CO 2 besproken: oxyfuel, amines en separate calcinatie (Leilac) 22 VAKBL AD 1 2024 worden afgevangen, ongeveer 50% van de totale CO 2-emissie. CO 2-afvang met amines De technologie die gebruikt gaat worden om CO 2 af te vangen, is ontwikkeld door de firma Aker Carbon Capture. Deze technologie, die voor diverse industrieën geschikt is, maakt gebruik van zogeheten amines. Amines lijken op ammo - niak, dat bestaat uit een stikstofatoom en drie w aterstofatomen (NH 3). Amines bestaan uit een stikstofatoom met daaraan ten minste een kool - stofatoom en verder waterstofatomen (bijvoor - beeld NCH 5). Amines kunnen CO 2 bij lage tem- peratuur (30 °C) opnemen en bij hogere t emperatuur (120 °C) weer afgeven (fig. 5). De rookgassen van de cementoven worden eerst ontdaan van verontreinigingen, met name van stof, zwavel en stikstofoxiden. Daarna wor - den de rookgassen door een oplossing van ami- nes geleid. De CO 2 bindt zich aan de amines, waardoor de rookgassen worden ontdaan van CO 2. De CO 2-rijke amineoplossing wordt ver - volgens met restwarmte van het ovenproces verhit, waardoor de CO 2 weer vrijkomt en kan worden opgevangen. De CO 2-arme amineop- lossing kan ver volgens na afkoelen weer wor - den hergebruikt in het proces. Met deze tech- niek kan tot 99% van de CO 2 uit de rookgassen worden gefilterd. Opslag onder de zeebodem In plaats van vrijkomen van CO 2 in de atmosfeer wordt met dit project CO 2 permanent diep onder de grond opgeslagen in geologische formaties (fig. 6). Noorwegen heeft al uitgebreide er va- ring met de opslag van CO 2 onder de zeebodem. Sinds 1996 is meer dan 1 miljoen ton CO 2 afge - vangen en opgeslagen. Voor het Longship-pro- ject wordt een derde opslaglocatie ontwikkeld. Opslag onder de zeebodem is niet alleen per - manent en veilig, maar er is ook zeer veel opslagcapaciteit. Uit onderzoek is gebleken dat alleen al het Noorse deel van het continentaal plat ruimte biedt voor opslag van 80 miljard ton CO 2, wat overeenkomt met de totale Noorse CO 2-uitstoot gedurende 1000 jaar. SEPAR ATE CALCINATIE (LEIL AC) Als derde en laatste techniek kijken we naar de separate afvang van de CO 2 die vrijkomt bij de calcinatie van de kalksteen. Deze CO 2 is heel zuiver, maar komt bij het normale productiepro- BV 01-2024_CO2-afvang bij de productie van cement.indd 22BV 01-2024_CO2-afvang bij de productie van cement.indd 22 01-03-2024 09:5401-03-2024 09:54 8 De demons tratie-installatie bij Heidelberg Materials in Lixhe 7 Een stalen buis wordt van buitenaf verhit, waardoor kalksteen binnenin de buis wordt gesplitst in calciumoxide (CaO) en zuivere CO 2, die ver volgens kan worden afgevangen 23 VAKBL AD 1 2024 ces vrij samen met de CO 2 van de brandstoffen en de overige rookgassen. Techniek separate calcinatie Het idee is simpel. Het grootste gedeelte van de CO 2 bij de productie van portlandcement - klinker komt vrij bij het verhitten van de kalk - steen. Door de kalksteen in een aparte buis te verhitten, waarbij het verhitten aan de buitenzijde van de buis plaatsvindt, kan er z uivere CO 2 vrijkomen en worden opgevangen (fig. 7). De praktijk is natuurlijk een stuk lastiger. Bij deze hoge temperaturen is het normaliter wenselijk de oven te bekleden met vuur vaste stenen, maar vanwege de benodigde warmte - overdracht is dat niet mogelijk. Er worden dus nogal wat eisen gesteld aan de voor de installa- ties toe te passen materialen. Leilac-1 In 2019 werd bij de fabriek van Heidelberg Materials in Lixhe (foto 8) een demonstratie- installatie voor separate afvang van de CO 2 van de kalksteen geopend. Deze installatie staat bekend onder de naam Leilac, dat staat voor Low Emissions Intensity Lime And Cement. Aan dit project werken diverse cement- en kalksteenproducenten mee, naast diverse ken - nisinstellingen. Doel was de techniek, oor - spronkelijk ontwikkeld voor magnesiumcarbo- naat door de Australische firma Calix, te testen v oor de calcinatie van kalksteen. De schaal is beperkt (25.000 ton CO 2 per jaar) en de CO 2 wordt niet afgevangen. Maar het doel was vooral te bepalen of deze techniek geschikt is voor de hogere temperaturen die nodig zijn voor de calcinatie van kalksteen. In 2021 werd geconstateerd dat met deze techniek CO 2 kan worden afgevangen met een concentratie van minimaal 95%, dat het totale energieverbruik niet toeneemt en dat de reactor niet wezenlijk wordt aangetast door de langdurig hoge tem - peraturen. Uiteraard is er een heel traject aan de bou w voorafgegaan, waaronder onderzoek naar de meest geschikte materialen. Leilac-2 Hoewel het onderzoek bij de demonstratiefa- briek in Lixhe nog volop doorgaat is er in 2020 g estart met een nieuw project voor de bouw van een grotere demonstratiefabriek. Deze fabriek wordt gebaseerd op hetzelfde pr incipe, maar met de nodige verbeteringen ten opzichte van Leilac-1. De nieuwe demonstra - tiefabriek zal worden gebouwd bij de cement - fabriek van Heidelberg Materials in Hannover en g eschikt zijn om 100.000 ton CO 2 per jaar mee te kunnen afvangen. Ook aan dit project werken weer meerdere cementproducenten en kalksteenproducenten samen met kennispart - ners om de technologie verder te verbeteren. KLIMA ATNEUTR A AL UITERLIJK IN 2050 Het afvangen van CO 2 is een essentieel onder - deel van de route naar klimaatneutraal beton: naar v erwachting moet ongeveer een derde van de totale CO 2-reductie, die nodig is om beton klimaatneutraal te maken, komen van CO 2- afvang en opslag of gebruik (Carbon Capture and Storage (CCS) of Carbon Capture and Utili - zation (C CU)). Dit is technologisch en econo - misch de moeilijkste stap naar CO 2-neutraal beton. Desondanks zijn er in Europa meerdere projecten die al voor 2030 zullen resulteren in gedeeltelijk of geheel klimaatneutraal cement, waarmee de cementindustrie duidelijk op koers ligt om cement en beton uiterlijk in 2050 volle - dig klimaatneutraal te kunnen produceren. BV 01-2024_CO2-afvang bij de productie van cement.indd 23BV 01-2024_CO2-afvang bij de productie van cement.indd 23 01-03-2024 09:5401-03-2024 09:54 SNEAK PREVIEW OP DE NIEUWE KL ASSEN VOOR DE TECHNISCHE LEVENSDUUR VAN BETONCONSTRUCTIES Met de invoering van de nieuwe Eurocodes voor het ontwerpen van betonconstructies komen er ook nieuwe klassen voor de technische levensduur, de zogenoemde Exposure Resistance Classes. Deze klassen kunnen bij het ontwerp van een betonconstructie worden gebruikt om de dikte van de dekking te bepalen bij een bepaalde ontwerplevensduur. Bepalend hierbij is de mate waarin beton weerstand kan bieden tegen carbonatatie, chloride-indringing, vorst-dooischade en chemische aantasting. Al sinds 2010 wordt gewerkt aan een nieuw sys- teem voor het ontwerpen van betonconstructies op technische levensduur. Dit is een zoge - noemde performance based approach, ofwel een benadering die uitgaat van prestaties. De prestatie van een betonsamenstelling wordt bepaald met beproevingsmethoden en er wor -den in principe geen eisen gesteld aan water- bindmiddelfactor of bindmiddelsamenstelling. Dit laatste is in het huidige Deemed-to-Satisfy (DtS)-systeem (zie kader ' Wat is Deemed to Satisfy ?') wél het geval. De nieuwe systematiek is gebaseerd op Exposure Resistance Classes (ERC), vrij vertaald 'weerstandsklassen'. Er is inmiddels een werkdocument ten behoeve van de ERC-systematiek gepubliceerd. Aan- vankelijk was het de bedoeling deze in een afzonderlijke norm in de EN 206-serie te publi- ceren, namelijk als prEN 206-100. Eind decem- ber 2023 is de 15e versie van deze prEN 206- 100 verschenen. Hierop is veel commentaar WAT IS DEEMED TO SATISFY? De technische levensduur van een betoncon- structie wordt met name bepaald door water- bindmiddelfactor, bindmiddelsamenstelling en betondekking. In de huidige regelgeving worden, afhankelijk van de geldende milieuklasse(n), eisen gesteld aan de beton- samenstelling of -dekking. Dit is een zoge - noemde Deemed-to-Satisfy (DtS)-aanpak, die betekent dat wanneer een product voldoet aan vooraf vastgestelde normen, verwacht wordt dat aan bepaalde technische eisen wordt vol- daan (in dit geval de technische levensduur). BETONDEKKING op basis van Exposure Resistance Class (ERC) 24 VAKBL AD 1 2024 Auteur ing. Nico Vonk, Ecocem Benelux B.V., Voorzitter NEN-normcommissie 353 039 Beton BV 01-2024_Betondekking op basis van.indd 24BV 01-2024_Betondekking op basis van.indd 24 01-03-2024 09:5501-03-2024 09:55 binnengekomen, waarop besloten is om aan CEN voor te stellen de werkzaamheden aan de EN-norm te stoppen en een technisch rapport met richtlijnen en achtergrondinfor- matie over ERC op te starten. De belangrijkste redenen: ? G een overeenstemming over de relatie tus - sen EN 206-100 en EN 1992-1-1:2023. ? G een consensus over de conformiteitscrite - ria voor de ERC-klassen. ? G ebrek aan nationale er varing met de relatie tussen testresultaten en de prestaties in het werk. ? T wijfels over het effect van ERC op de duur - zaamheid (bijvoorbeeld CO 2-reductie of circulariteit) van beton. Uitgangspunt voor dit artikel is de genoemde versie 15 van prEN 206-100 Inhoudelijk kan er nog veel veranderen. Zo zullen getallen in tabellen wijzigen, worden uitgebreid of inge - perkt. De tabellen in dit artikel zijn bedoeld ter verduidelijking. Daarnaast zijn in deze versie van de norm alleen beproevingsmethoden en ERC-klassen opgenomen voor carbonatatie en chloride-indringing. De methoden voor vorst- dooibestandheid en chemische aantasting zijn nog in ontwikkeling. Het artikel geeft informatie hoe de ERC-syste - matiek in principe kan worden toegepast en moet dan ook als zodanig worden gelezen. Hoe de ontwikkeling van de ERC-systematiek bin- nen de Europese normering eruit gaat zien is op dit moment van publicatie volstrekt onduidelijk. REDEN VOOR DE NIEUWE BENADERING Ieder land heeft nu een eigen tabel waarin de water-bindmiddelfactor en hoeveelheid bind- middel per m 3 beton wordt voorgeschreven voor een bepaalde milieuklasse. Een belang- rijk doel van het invoeren van de Exposure Resistance Classes is een einde te maken aan de verschillen tussen de diverse landen. In de nieuwe methode moet ook het onderscheid in eigenschappen tussen de verschillende cement- of bindmiddelsamenstellingen beter tot uiting komen (zie ook kader 'Cement versus bindmiddel'). Hierbij wordt gebruikgemaakt van de meest recente kennis over de fysisch- chemische mechanismen die spelen bij techni- sche levensduur. Bijkomend voordeel is dat ook duurzamere bindmiddelen beter op hun prestatie in beton kunnen worden beoordeeld en geclassificeerd. WAT IS EEN EXPOSURE RESISTANCE CL ASS? Een Exposure Resistance Class is een classifi- catie waarmee wordt aangegeven hoeveel weerstand een betonmengsel kan bieden tegen een schademechanisme. Het idee is dat de constructeur de ERC bij zijn ontwerp gebruikt om de dekking op de wapening vast te stellen. Hier voor worden tabellen gebruikt. De betonproducent moet ver volgens deze ERC leveren, op basis van testen die bij de betref - fende ERC horen. Als de constructie op de juiste manier wordt uitgevoerd, volgens EN 13670, dan is de kans groot dat de technische levensduur daadwerkelijk wordt gehaald. 1 Met Exposure Resistance Classes kan voor wat betreft betonsamenstelling nauwkeuriger op omgeving worden ingespeeld 25 VAKBL AD 1 2024 BV 01-2024_Betondekking op basis van.indd 25BV 01-2024_Betondekking op basis van.indd 25 01-03-2024 09:5501-03-2024 09:55 Elke weerstandsklasse is gekoppeld aan een aantastingsmechanisme: XRC voor carbonata- tie (tabel 1), XRDS voor chloride-indringing (tabel 2), XRF voor vorst-dooi en XR A voor chemische aantasting. De identificatie wordt aangevuld met een getal, dat een classificatie aangeeft. Zoals eerder aangegeven zijn de cri- teria voor vorst-dooi en chemische aantasting nog in ontwikkeling. In dit artikel gaan we alleen in op carbonatatie en chloride-indrin- ging. WERKEN MET ERC: DE CONSTRUCTEUR De constructeur bepaalt in de nieuwe systema- tiek, net zoals dat nu ook gebeurt, de milieu- klasse waar de constructie in wordt geplaatst (fig. 2). Als voorbeeld gaan we uit van een con- structie die valt in XC3 voor carbonatatie en XD1 voor chloriden. Tevens stelt de construc- teur vast wat de ontwerplevensduur is van de constructie, 50 of 100 jaar. In dit voorbeeld nemen we 100 jaar. Als hij nu een dekking voorstelt van 35 mm, dan volgen uit tabel 1 en 2 (afkomstig uit ontwerp-Eurocode 2), op basis van de milieuklasse en de betreffende dekking, klasse XRC 4 voor carbonatatie en XRDS 3 voor chloriden. De betonproducent kan nu aan de slag door aan te tonen dat het betonmengsel dat hij levert voldoet aan de vastgestelde ERC. WERKEN MET ERC: DE BETONPRODUCENT De betonproducent moet dus aantonen dat het betonmengsel dat hij levert voldoet aan de ver - eiste ERC. Van één éénduidig omschreven betonsamenstelling wordt hiertoe de prestatie vastgesteld aan de hand van voorgeschreven beproevingsmethoden. Het beproevingsresul- taat bepaalt ver volgens de classificatie in een bepaalde weerstandsklasse. Dit wordt een ini- tiële type test (IT T) genoemd. Ver volgens wordt de prestatie periodiek gecontroleerd, door herhalingsproeven. Een betonsamenstelling die op de markt wordt gezet als ERC-beton, moet voldoen aan de eisen van EN 206-1, met de volgende uitzon- deringen: ? de eisen die in EN 206-1 g elden voor cemen- ten en vulstoffen (red: hiermee wordt ruimte gegeven aan beton met nieuwe bindmidde - len); ? eisen v oor prestatiegerelateerde methoden; ? alle ar tikelen met betrekking tot beton op samenstelling; Tabel 1. Minimale betondekking C min,dur ? Carbonatatie (tabel 6.3 uit prEN 1992-1-1) ERC MILIEUKL ASSE CARBONATATIE XC1 XC2XC3XC4 ONTWERPLEVENSDUUR (JAREN) 50 100 50 100 50 100 50 100 XRC 0,5 10 10 10 10 10 10 10 10 XRC 1 10 10 10 10 10 15 10 15 XRC 2 10 15 10 15 15 25 15 25 XRC 3 10 15 15 20 20 30 20 30 XRC 4 10 20 15 25 25 35 25 40 XRC 5 15 25 20 30 25 45 30 45 XRC 6 15 25 25 35 35 55 40 55 XRC 7 15 30 25 40 40 60 45 60 Tabel 2. Minimale betondekking C min,dur ? Chloriden (tabel 6.3 uit prEN 1992-1-1) ERC MILIEUKL ASSE CHLORIDEN XS1 XS2XS3XD1 XD2XD3 ONTWERPLEVENSDUUR (JAREN) ONTWERPLEVENSDUUR (JAREN) 50 100 50 100 50 100 50 100 50 100 50 100 XRDS 0,5 20 20 20 30 30 40 20 20 20 30 30 40 XRDS 1 20 25 25 35 35 45 20 25 25 35 35 45 XRDS 1,5 25 30 30 40 40 50 25 30 30 40 40 50 XRDS 2 25 30 35 45 45 55 25 30 35 45 45 55 XRDS 3 30 35 40 50 55 65 30 35 40 50 55 65 XRDS 4 30 40 50 60 60 80 30 40 50 60 60 80 XRDS 5 35 45 60 70 70 - 35 45 60 70 70 - XRDS 6 40 50 65 80 - - 40 50 65 80 - - XRDS 8 45 55 75