gastcollege 2 Beton.docx

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 goedkoop, sterk, brandwerend, makkelijk te verwerken en veel grondstoffen makkelijk b...

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 goedkoop, sterk, brandwerend, makkelijk te verwerken en veel grondstoffen 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 - Hoogovenslak Er wordt ook gips toegevoegd om het stollingsproces later te vertragen  productie toeslagmaterialen, vulstoffen en hulpstoffen ====================================================== ### toeslagmaterialen - In NL: zand en grind in nl uit de rivieren en Noordzee - Breken, wassen en zeven natuursteen (basalt, porfier, lava etc.) ### vulstoffen - 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 - Silica fume zeer fijne deeltjes via rookgassen vrijkomen productie Si & Fe-Si ### hulpstoffen - Grote chemiebedrijven BASF, Sika, Grace etc. - Kleine chemiebedrijven Cugla 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 - Naar locatie storten en afwerken betonspecie =============================== - Vullen van bekisting wordt betonspecie met een trilnaald extra vloeibaar maken en luchtbellen verwijderen (niet nodig bij zelfverdichtend beton) - 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 (op volgorde): - Tricalciumsilicaat 3CaO.SiO~2~ C~3~S - Dicalciumsilicaat 2CaO. SiO~2~ C~2~S - Tricalciumaluminaat 2CaO.Al~2~O~3~ C~3~A - Tetraccalciumaluminaatferriet 4CaO.Al~2~O~3~.Fe~2~O~3~ C~4~AF - Hydratatiereactie: - pH ca. 13 (door o.a. kalk) zorgt ervoor dat gewapend beton niet roest - C~3~A en C~4~AF zorgen voor snelle reactie met water - CaSO~4~ is bindtijdregelaar - Te snelle hydratatie geeft veel warmte ontwikkeling en risico op scheurvorming - Hoe fijner gemalen (dus hoe groter opp.) hoe sneller hydratatie en dus sterkte ontwikkeling eigenschappen ============= ### specie-eigenschappen - Verwerkbaarheid (vloeibaarheid) zetmaat -- schudmaat -- vloeimaat - Aardvochtig ↔ zelfverdichtend betonspecie - Luchtgehalte - Geen grove luchtbellen - \ - Volumieke massa - Licht beton schuimbeton 400kg/m^3^ - Normaal beton 2300 kg/m^3^ - Zwaar beton met FeO~2~ voor dijkverzwaring / stralingsbestendig 3000kg/m^3^ - Waterafscheiding (bleeding) - Viscositeit moet stabiel zijn om waterafscheiding te voorkomen maar beperkte mate is gunstig voor nabehandeling - Bindtijd (opstijven) - Voldoende tijd voor transport en verwerken nodig ### mechanische eigenschappen - Te veel water zorgt ervoor dat de cementdeeltjes te ver van elkaar af zitten om goed aan elkaar te hechten - Water/cement factor laag poreuze cementlaag - Water/cement factor hoog permeabel beton (niet waterdicht) - Water/cement factor beïnvloedt de mechanische eigenschappen dus sterk ### fysiche eigenschappen - Water/cement factor neemt exponentieel toe - Waterabsorptie: laag bij lage water/cement factor - Warmtecapaciteit: hoog - Electrische geleidbaarheid: - droog = isolator - vochtig = afhankelijk van cementsoort duurzaamheid (levensduur) ========================= - carbonatie: Ca(OH)~2~ + CO~2~ CaCO~3~ + H~2~O (pH 8) - wapening corrosie - chloride-indringing - wapening corrosie (pitting) - vorstdooi(zout) aantasting - opp. Schade (esthetisch) - alkali-silicareactie (ASR) - reactief toeslagmateriaal + alkalien cement expansieve gel - chemische aantasting (externe bron) - sulfaat, ammonium, magnesium, zuren - beton kan absoluut niet tegen zuur - bijvoorbeeld H~2~S in mest silo's en riool 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 - Secundaire materialen in beton vliegas, bodemas, AEC-granulaten, staalslak 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 - Proeven met circulair viaduct betonakkoord ============ - Betonakkoord (overheid en betonsector) - CO~2~ reductie t.o.v. 1990 - In 2030 streven -49% - In 2050 CO~2~ neutraal - Innovatieve betonmengsels: proeftuin afsluitdijk recycling ========= - Innovatieve recyclingstechnieken - Betonpuin schoon zand + grind en nieuw bindmiddel - Puin komt in smartcrusher - gescheiden op basis van grootte milieuhygienische aspecten ========================== - Besluit bodemkwalitiet - Uitloging (anorganische componenten) + samenstelling (organische componenten) - LevensCyclusAnalyses - Impact op milieu op basis van internationale norm - CUR-tool - Eenvoudige berekening milieu-impact van betonsamenstelling en -toepassing middels Excel Voorbeelden innovaties ====================== - Zelfverdichtend beton - Uitstekende vloei-eigenschappen zonder ontmenging - Glad opp. met goede details - Vloeistofdicht beton - Bescherming bodem bij risicovolle processen tankstations, garages calamiteitenbakken etc. - (ultra) hogesterktebeton - 200MPa 500MPa ### zwavelbeton - Ontzwavelen ruwe olie elementair zwavel - Ontwikkeling als bindmiddel in beton - Hoge sterkte en hoge chemische bestandheid (kan goed tegen zuur) - Niet meer nodig omsmelten en hergebruiken ### energiezuinig beton - Gebruik van thermische massa (betonkernactivering) - Phase change materials (ruimtevaart-wintersportkleding) - Paraffine bolletjes: smelten -- stollen (warmte) ### zelfherstellend beton - Calciet vormende bacterien repareren kapot beton ### lichtdoorlatend beton - 4% glasvezels in mortel - Hongaarse architect: Litracon ### slim beton - Nanotechnologie: microsensoren (RFID) - Temperatuur, vocht, pH, chloride, alkalien etc. - Onderhoud op maat (zelfdiagnose) ### 3D-printen van beton - NASA wilt gebouwen printen op de maan met maanstof