College 2: Beton

Inleiding

• Duurzaam materiaal gaat lang mee (≈100 jaar)
• Cement is goed bestand tegen drukkracht, maar factor 10 zwakker met trekkracht
• Meest gebruikte bouwmateriaal is goedkoop, sterk, brandwerend, makkelijk te verwerken en veel grondstoffen zijn makkelijk beschikbaar

Grondstoffen

• Cement: bindmiddel
• Fijn toeslagmateriaal: zand
• Grof toeslagmateriaal: grind
• Vulstoffen: poeder
• Water: voor verwerkbaarheid en reactiecomponent
• Hulpstoffen: vertragers, versnellers, plastificeerders, luchtbelvormers, verdikkers etc.

Productie Cement

• 65% van cement is CaO
• Kalksteen breken en Si-, Fe- Al-oxiden toevoegen
• Malen en zeven
• 1450°C sinteren tot klinker
• Afkoelen 100°C en mengen met bindtijdregelaar
• Vulstoffen toevoegen
• Poederkoolvliegas en Hoogovenslak worden toegevoegd

Productie Toeslagmaterialen, Vulstoffen en Hulpstoffen

• In NL: zand en grind in NL uit de rivieren en Noordzee
• Breken, wassen en zeven natuursteen (basalt, porfier, lava etc.)
• Poederkoolvliegas komt als restafval van verbranding van o.a. steenkool
• Kalksteenmeel: fijngemalen kalksteen
• Kwartsmeel: fijngemalen kwartszand
• Secundaire poeders: Eco-filler (thermisch behandeld teer houdend asfalt) en thermisch gehandeld papierslib

Productie Betonspecie

• Betonfabrieken maken prefab voorgemaakte platen etc.
• Betoncentrale maken betonspecie NL heeft 200 betoncentrales om de reistijd te beperken
• In silo's zitten de soorten cement en leidingen met water
• Via transportbanden met weegapparatuur in betonmenger 2 min
• Lossen in truckmixer

Storten en Afwerken Betonspecie

• Vullen van bekisting wordt betonspecie met een trilnaald extra vloeibaar maken en luchtbellen verwijderen
• Voor glad opp. wordt gevlinderd (dichte structuur)
• Nabehandelen om waterverlies te voorkomen beton moet zo lang mogelijk nat blijven

Cementhydratatie

• Cement is hydraulisch reageert met water tot een watervast materiaal
• Belangrijkste cementmineralen: Tricalciumsilicaat, Dicalciumsilicaat, Tricalciumaluminaat, Tetraccalciumaluminaatferriet
• Hydratatiereactie: pH ca. 13, C3A en C4AF zorgen voor snelle reactie met water, CaSO4 is bindtijdregelaar

Eigenschappen

• Specie-eigenschappen: verwerkbaarheid, aardvochtig, luchtgehalte, volumieke massa
• Mechanische eigenschappen: sterk, water/cement factor laag poreuze cementlaag
• Fysiche eigenschappen: water/cement factor neemt exponentieel toe, warmtecapaciteit, elektrische geleidbaarheid

Duurzaamheid (Levensduur)

• Carbonatie: Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O
• Wapening corrosie, chloride-indringing, wapening corrosie (pitting), vorstdooi(zout) aantasting, opp.Schade (esthetisch)

Hergebruik

• In NL komt jaarlijks 20 Mton BSA vrij, over 10 jaar is dit 40 Mton/j
• 95% wordt nu hergebruikt als funderingsmateriaal in wegenbouw of toeslagmateriaal in beton

Circulaire Economie/Bouwen

• Van lineaire naar circulaire economie
• Circulair bouwen: op gebouw niveau, op bouwdeel niveau, op materiaal niveau
• Ambitie: in 2030 50% en in 2050 100% circulair

Schade door alkali-silicareactie (ASR)

• Reactie tussen reactief toeslagmateriaal en alkalien in cement
• Expansieve gel vormt zich, wat tot schade kan leiden
• Chemische aantasting door externe bronnen zoals sulfaat, ammonium, magnesium en zuren
• Beton kan niet tegen zuur en kan beschadigd raken bij aanwezigheid van H2S in mest silo's en riool

Hergebruik van beton

• Jaarlijks 20 Mton BSA vrijkomt in NL, over 10 jaar is dit 40 Mton/j
• 95% wordt nu hergebruikt als funderingsmateriaal in wegenbouw of toeslagmateriaal in beton
• Secundaire materialen in beton zoals vliegas, bodemas, AEC-granulaten en staalslak

Circulaire economie en bouwen

• Van lineaire naar circulaire economie
• Circulair bouwen op gebouw-, bouwdeel- en materiaal niveau
• Ambitie: in 2030 50% en in 2050 100% circulair
• Proeven met circulair viaduct

Betonakkoord

• Betonakkoord tussen overheid en betonsector
• CO2-reductie ten opzichte van 1990
• In 2030 streven naar -49% CO2-reductie
• In 2050 CO2-neutraal
• Innovatieve betonmengsels: proeftuin Afsluitdijk

Recycling

• Innovatieve recyclingstechnieken
• Betonpuin wordt schoon gemaakt en gescheiden in zand en grind
• Nieuw bindmiddel kan worden gebruikt om nieuw beton te maken
• Puin wordt verwerkt in de smartcrusher
• Gescheiden op basis van grootte

Milieuhygiënische aspecten

• Besluit bodemkwaliteit
• Uitloging (anorganische componenten) en samenstelling (organische componenten)
• LevensCyclusAnalyses
• Impact op milieu op basis van internationale norm
• CUR-tool voor eenvoudige berekening van milieu-impact

Voorbeelden innovaties

• Zelfverdichtend beton
• Uitstekende vloei-eigenschappen zonder ontmenging
• Glad oppervlak met goede details
• Vloeistofdicht beton
• Bescherming bodem bij risicovolle processen

Inleiding

• Duurzaam materiaal gaat lang mee (≈100 jaar)
• Cement is sterk tegen drukkracht, maar factor 10 zwakker met trekkracht
• Meest gebruikte bouwmateriaal goedkoop, sterk, brandwerend, makkelijk te verwerken en veel grondstoffen beschikbaar

Grondstoffen

• Cement: bindmiddel
• Fijn toeslagmateriaal: zand
• Grof toeslagmateriaal: grind
• Vulstoffen: poeder
• Water: voor verwerkbaarheid en reactiecomponent
• Hulpstoffen: vertragers, versnellers, plastificeerders, luchtbelvormers, verdikkers

Productie cement

• 65% van cement is CaO
• Kalksteen breken en Si-, Fe- Al-oxiden toevoegen
• Malen en zeven
• 1450°C sinteren tot klinker
• Afkoelen tot 100°C en mengen met bindtijdregelaar
• Vulstoffen toevoegen zoals poederkoolvliegas en hoogovenslak

Productie toeslagmaterialen, vulstoffen en hulpstoffen

• Toeslagmaterialen: zand en grind in NL uit de rivieren en Noordzee
• Breken, wassen en zeven natuursteen
• Vulstoffen: poederkoolvliegas, kalksteenmeel, kwartsmeel, secundaire poeders
• Hulpstoffen: grote chemiebedrijven, kleine chemiebedrijven

Productie betonspecie

• Betonfabrieken maken prefab voorgemaakte platen
• Betoncentrale maakt betonspecie
• NL heeft 200 betoncentrales om reistijd te beperken
• In silo's zitten de soorten cement en leidingen met water
• Via transportbanden met weegapparatuur in betonmenger
• Lossen in truckmixer
• Naar locatie

Storten en afwerken betonspecie

• Vullen van bekisting
• Betonspecie wordt met een trilnaald extra vloeibaar gemaakt
• Luchtbellen worden verwijderd (niet nodig bij zelfverdichtend beton)
• Voor glad oppervlak wordt gevlinderd
• Nabehandelen om waterverlies te voorkomen

Cementhydratatie

• Cement reageert met water tot een watervast materiaal
• Belangrijkste cementmineralen: Tricalciumsilicaat, Dicalciumsilicaat, Tricalciumaluminaat, Tetraccalciumaluminaatferriet
• Hydratatiereactie: pH ca. 13, C3A en C4AF zorgen voor snelle reactie met water
• CaSO4 is bindtijdregelaar
• Te snelle hydratatie geeft veel warmte ontwikkeling en risico op scheurvorming

Eigenschappen

• Verwerkbaarheid: vloeibaarheid, zetmaat, schudmaat, vloeimaat
• Aardvochtigheid: zelfverdichtend betonspecie
• Luchtgehalte: geen grove luchtbellen
• Volumieke massa: licht beton, normaal beton, zwaar beton
• Waterafscheiding: bleeding
• Viscositeit: stabiel om waterafscheiding te voorkomen
• Bindtijd: opstijven

Mechanische eigenschappen

• Te veel water zorgt voor een te lage sterkte
• Water/cement factor: laag voor poreuze cementlaag, hoog voor permeabel beton
• Water/cement factor beïnvloedt mechanische eigenschappen

Fysische eigenschappen

• Water/cement factor: neemt exponentieel toe
• Waterabsorptie: laag bij lage water/cement factor
• Warmtecapaciteit: hoog
• Electrische geleidbaarheid: droog is isolator, vochtig is afhankelijk van cementsoort

Duurzaamheid (levensduur)

• Carbonatie: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
• Wapening corrosie
• Chloride-indringing
• Wapening corrosie (pitting)
• Vorstdooi(zout) aantasting