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 CO2 worden bespaard.
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
Met een relatief groot gebruiksoppervlak ten opzichte van het betonvolume (circa 6 m2 voor elke m3) is een monolithisch afgewerkte betonvloer – kortweg ook wel monolietvloer genoemd – een van de moeilijkste en meest foutgevoelige constructies in de betonwereld. Waar betonspecie qua eigenschappen doorgaans een vergevingsgezinde bandbreedte heeft, wordt bij betonvloeren elke onvolkomenheid aan het oppervlak vrijwel direct zichtbaar. Een ander probleem is scheurvorming 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 scheurvorming kan worden beheerst door wapening in de vloer, kan ongewenste scheurvorming in de praktijk vaak niet volledig worden voorkomen.
Reacties
Piet - harlaarbetonvloeren 23 april 2024 15:23
Goede morgen , Volgens mij heeft scheurvorming niet alleen te maken met bovenstaande , er zit wel degelijk verschil met welke cement de specie wordt gemaakt , dit heb wij al verschillende keren meegemaakt bij verschillende beton centrales waar verschillende cement en hulp stoffen worden gebruikt Heb zelf 2 de zelfde vloeren gemaakt ,beide met antraciet ,binnen vloeren van 8 cm dik met 2 verschillende betoncentrale met de zelfde beton samenstelling beide aan het begin van het jaar ,waarbij de ene vloer scheurvorming had en de nadere praktisch geen scheuren had . PS beide centrales waren gerenommeerde centrales