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