1-­‐2-­‐2016  

     

Groen  Beton              

Dennis  Bruins  –  Merel  van  Burgsteden  –  Renate  van  der  Meulen              

Voorwoord.  

In  dit  onderzoek  is  gezocht  naar  oplossingen  om  beton  te  verduurzamen.  Hier  is  voornamelijk  literatuurstudie  gedaan  naar  bestaande  technieken  en  methoden  om  de  footprint  van  beton  kleiner  te  maken.  Ook  is  er  onderzoek  gedaan  naar  het  hergebruik  van  beton.  Dit  kan  door  betongranulaat  her  te  gebruiken  als  toeslag  materiaal  voor  nieuw  beton  of  het  een  andere  bestemming  te  geven.  In  dit  verslag  is  een  samenvatting  gemaakt  van  bekende  technieken  uit  artikelen  of  publicaties.  Dit  is  geen  zelf  opgezet  onderzoek  maar  een  beknopte  samenvatting  van  bestaande  technieken.  In  de  bronvermelding  wordt  aangegeven  waar  de  volledige  onderzoeken  staan.  Dit  onderdeel  is  dan  ook  geen  beroepsproduct  maar  vooral  een  samenvatting  waar  de  volgende  studenten  mee  verder  kunnen.  

Beton  kleinere  footprint  dan  gedacht!  

Bekend  is  dat  bij  de  productie  van  beton,  en  vooral  bij  de  productie  van  cement  veel  CO2-­‐uitstoot  vrij  komt.  De  wereldwijde  CO2-­‐uitstoot  die  bij  de  productie  van  cement  vrij  komt  wordt  geschat  op  circa  5%.  Echter  wijzen  nieuwe  studies  uit  dat  beton  circa  50%  van  het  CO2  opneemt  wat  bij  de  productie  wordt  uitgestoten.  Hierdoor  is  de  totale  CO2-­‐uitstoot  uit  de  productie  van  cementgebonden  producten  niet  5%  maar  2.5%  

In  Nederland  wordt  veelal  gebruik  gemaakt  van  vliegascement  en  hoogovencement.  In  de  samenstelling  van  het  beton  wordt  niet  alleen  met  cement  gewerkt  maar  ook  met  poederkoolvliegas  en  hoogovenslak.  Hoogovenslak  komt  vrij  bij  de  productie  van  staal  en  poederkoolvliegas  is  een  restproduct  van  energiecentrales  die  op  kolen  lopen.  Door  het  grootschalige  gebruik  van  hoogovenbeton  en  vliegasbeton  is  de  CO2-­‐uitstoot  van  beton  in  Nederland  geen  2.5%  maar  1.7%.  Hierdoor  is  Nederland  een  van  de  voorlopers  op  de  verduurzaming  van  beton.    

Door  gebruik  te  maken  van  hoogovenslak  en  poederkoolvliegas  los  je  twee  problemen  op.  Je  verlaagt  de  uitstoot  van  CO2  in  cementgebonden  producten  en  de  restproducten  van  hoogovenslak  en  poederkoolvliegas  worden  hoogwaardig  hergebruikt.  

Een  aantal  manieren  om  de  CO2-­‐uitstoot  in  cementgebonden  producten  verder  te  verlagen  zijn:  

CO2-­‐arm  beton  

Slow  Concrete    

Beton  zal  zijn  hele  levensduur  doorgaan  met  uitharden.  Maar  na  circa  28  dagen  is  het  beton  dusdanig  uitgehard  dat  er  op  verder  gebouwd  kan  worden.  Om  de  uithardingstijd  van  beton  naar  28  dagen  te  krijgen  is  een  hoog  cementgehalte  nodig.  Maar  er  zijn  ook  projecten  waarbij  dit  helemaal  niet  nodig  is.  Bijvoorbeeld  omdat  het  object  niet  binnen  28  in  gebruik  wordt  genomen,  of  omdat  door  een  goede  planning  eerst  andere  werkzaamheden  uitgevoerd  kunnen  worden.  Het  is  dus  ook  de  opgave  om  door  een  goed  ontwerp  en  een  sterke  planning  ervoor  te  zorgen  dat  de  uithardingstijd  van  de  betonnen  elementen  te  verhogen.  Hierdoor  is  een  lager  cementgehalte  nodig  wat  zal  leiden  tot  een  lage  CO2-­‐emissie.  

Geopolymeren  

Geopolymeer  is  een  populaire  naam  voor  een  diverse  groep  van  bindsystemen,  met  grondcalciumaluminaten  en  silicaten  als  belangrijkste  grondstoffen.  Alle  geopolymeren  worden  geactiveerd  door  de  toevoeging  van  hulpmiddelen  zoals  natronloog  of  natriummetasilicaat.  Wanneer  de  geopolymeren  een  sterke  verbinding  hebben  hoeft  er  minder  cement  verhit  te  worden.  

Geopolymeer  kan  op  meerdere  methodes  geproduceerd  worden.  Dit  kan  met  een  koud  proces  en  met  een  smeltproces  waarbij  de  emissiereductie  tussen  de  60%  en  80%  ligt.  

Geopolymeerbeton  is  nog  in  de  ontwikkeling.  Hierdoor  zijn  er  beperkingen  waarvoor  het  gebruikt  mag  worden.  Op  dit  moment  mag  Geopolymeerbeton  alleen  nog  gebruik  worden  in  niet-­‐constructieve  toepassingen.  Er  zijn  al  wel  meerder  pilotprojecten  bezig  om  te  kijken  hoe  het  beton  over  een  langere  tijd  in  constructieve  toepassingen  zal  gedragen.  

CSA-­‐B  Cement  

CSA-­‐B  Cement  (calcium  sofa-­‐aluminaat  beliet  cement)  heeft  een  vergelijkbare  kwaliteit  als  portlandcement  maar  heeft  circa  30%  minder  CO2-­‐uitstoot.  Dit  komt  deels  omdat  de  klinker  bij  een  lagere  temperatuur  wordt  geproduceerd.  Ook  om  de  klinker  te  maken  wordt  minder  elektriciteit  gebruik  dan  bij  het  malen  van  de  klinkers  voor  portlandcement.  Dit  scheelt  naast  de  vermindering  in  CO2-­‐emissie  ook  kosten  voor  elektriciteit  en  brandstof.  

Korrelpakking  

Korrelpakking  is  de  mate  waarin  de  korrelvormige  grondstoffen  van  beton  in  elkaar  passen,  van  zand  en  grind  tot  aan  het  bindmiddel.  Hoe  beter  die  in  elkaar  passen,  des  te  minder  holle  ruimtes  er  met  cementlijm  opgevuld  hoeven  worden.  Een  betere  korrelpakking  zorgt  dus  voor  een  reductie  van  cementgebruik  en  een  reductie  van  de  milieu-­‐impact.  Betontechnologen  vertalen  de  eisen  waaraan  beton  moet  voldoen  in  een  betonsamenstelling.  Hier  wordt  niet  alleen  rekening  gehouden  met  de  verhouding  cement  en  toeslagmaterialen  maar  ook  met  de  samenstelling  van  het  cement  en  de  verhouding  van  zand  en  grind  zelf,  zodat  zowel  de  chemische  als  fysische  binding  in  het  beton  voor  sterkte  zorgt.  

Dit  kan  bijvoorbeeld  door  optimalisatie  van  de  verhouding  van  reeds  beschikbare  grondstoffen,  door  gericht  in  te  kopen  op  korrelvariaties  en  het  op  voorraad  houden  van  verschillende  graderingen  zand  en  grond.  Zo  valt  10%  kosten  te  besparen  op  bindmiddel,  het  aandeel  hulpstoffen  te  verlagen  en  de  verwerkingseigenschappen  te  verbeteren.  Hiervoor  is  wel  de  juiste  kennis  nodig  bij  de  mensen  die  beton  inkopen  en  controleren,  en  bij  het  personeel  dat  de  optimalisatie  van  korrelpakking  toepast.  

Rijstdoppenas  

Door  toevoeging  van  rijstdoppenas  blijkt  dat  10  tot  12%  minder  cement  gebruikt  kan  worden  zonder  dat  dit  constructieve  consequenties  heeft  voor  het  beton.  Door  de  toevoeging  van  rijstdoppenas  wordt  het  cement  minder  poreus  waardoor  dit  beton  uitstekend  te  gebruiken  is  bij  in  de  wegenbouw  of  bij  waterbouwkundige  projecten.    

Jaarlijks  levert  de  wereldwijde  rijstbouw  circa  21.5  miljoen  toen  rijstas  op  wat  later  in  cement  kan  worden  verwerkt.  Door  het  toevoegen  van  rijstdoppenas  hoeft  er  minder  cement  gebruikt  te  worden  en  aangezien  het  beton  minder  poreus  is  gaat  het  langer  mee.  

 

Zelfreparend  Biobeton  

In  tegenstelling  tot  gewoon  beton  kan  biobeton  zijn  eigen  scheuren  dichten.  Dat  doet  het  met  behulp  van  bacteriën  die  in  de  gaten  in  het  beton  leven,  de  zogeheten  extremofielen.  Deze  microscopische  wezentjes  zijn  niet  alleen  gewend  om  in  de  natuur  onder  ruige  omstandigheden  te  leven,  ze  gedijen  er  zelfs  bij.  Wetenschappers  vinden  extremofielen  terug  in  basische  meren,  in  de  diepzee  en  denken  zelfs  dat  ze  op  de  Saturnusmaan  Titan  kunnen  zitten.    

De  bacterievariant  maakt  in  het  droge  beton  met  wat  voedsel  ladingen  calciumcarbonaat  aan,  beter  bekend  als  kalksteen.  En  laat  dat  nou  toevallig  een  grondstof  voor  zijn  voor  cement,  één  van  de  basisonderdelen  van  beton.  Een  blok  beton  is  namelijk  opgebouwd  uit  verschillende  stoffen:  twee  bindmiddelen,  cement  en  water,  een  toeslagmateriaal  zoals  zand  en  gemalen  baksteen  dat  het  beton  verstevigd  tegen  druk,  en  soms  een  wapening  van  staven  die  het  beton  beschermen  van  trekkrachten.  

De  levensduur  van  een  betonnen  constructie  is  zo’n  vijftig  tot  honderd  jaar,  lang  genoeg  voor  scheuren  om  steeds  groter  te  groeien.  Maar  de  bacteriën  werken  snel:  ze  dichten  een  scheur  in  twee  tot  vijf  dagen.  Tenminste,  in  het  lab.  Want  hoe  zijn  biobeton  zich  ‘in  het  wild’  gedraagt,  daar  gaat  wordt  de  komende  jaren  nog  onderzoek  naar  gedaan.  

Na  drie  jaar  testen  doorstaat  het  beton  alle  laboratoriumtest,  maar  dat  zegt  nog  niet  zoveel.  Want  het  buitenmilieu  is  wel  even  wat  anders  dan  een  comfortabel  lab.  Buiten  is  het  koud,  wisselt  de  temperatuur  snel  en  is  het  nat.  Er  wordt  onderzoek  gedaan  of  het  beton  hierdoor  negatieve  eigenschappen  krijgt.  

Met  pilotproeven  gaat  worden  getest  of  het  beton  lekkages  tegenhoudt.  In  omgevingen  als  parkeergarages  en  tunnels  drukt  het  grondwater  op  de  scheuren  in  het  beton.  Zo  ontstaan  er  lekkages,  uit  de  proeven  moet  blijken  of  het  biobeton  zijn  stevigheid  behoudt  als  het  nat  is.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Circulair  beton  

De  circulaire  economie  moet  worden  gezien  als  een  economisch  systeem  dat  is  bedoeld  om  hergebruik  van  grondstoffen  ,  producten  en  menselijke  talenten  te  maximaliseren  en  waardevernietiging  te  minimaliseren.  Dit  is  anders  dan  het  nog  veel  voorkomende  lineaire  systeem,  waarin  grondstoffen  worden  omgezet  in  producten  die  na  verbruik  worden  afgedankt  of  vernietigd.  Vanuit  de  benadering  van  een  circulaire  economie  is  het  niet  de  vraag  wat  je  met  afvalstoffen  kunt,  maar  he  je  in  een  volgende  cyclus  ervoor  kunt  zorgen  dat  producten,  materialen  en  grondstoffen  effectief  kunnen  worden  teruggewonnen  en  weer  opnieuw  gebruikt.  circulaire  economie  maakt  behalve  van  de  eigen  keten  ook  gebruik  van  andere  ketens.  Beton  is  daar  een  goed  voorbeeld  van.  Naast  primaire  grondstoffen  worden  ook  bijproducten  uit  andere  productieprocessen  gebruikt,  zoals  hoogovenslak  en  poederkoolvliegas  in  cement  of  beton.  Betongranulaat  dat  aan  het  eind  van  de  levensduur  na  sloop  en  breken  ontstaat  wordt  opnieuw  ingezet  als  grondstof.  

Blijvend  onderzoek  wordt  gedaan  naar  nieuwe  ontwikkelingen  in  het  gebruik  van  cementen  of  bindmiddelen  en  toeslagmaterialen.  Hierbij  worden  de  mogelijkheden  uit  andere  productieketens  zorgvuldig  verkend.  Dit  laatste  om  ervoor  te  zorgen  dat  de  circulariteit  van  de  betonketen  in  stand  blijft  en  niet  wordt  verstoord  door  het  gebruik  van  grondstoffen  die  hergebruik  later  kunnen  belemmeren.  

 

Beton  met  betongranulaat  als  grof  toeslagmateriaal  

Bepalend  voor  de  maximale  hoeveelheid  betongranulaat  zijn  specifieke  prestaties  die  aan  het  beton  worden  gesteld:  de  sterkte-­‐,  milieu,  en  consistentieklassen,  de  toepassing  en  eventuele  andere  randvoorwaarden.  Daarnaast  is  het  van  belang  te  weten  welke  regelgeving  van  toepassing  is.  Moet  het  mengsel  voldoen  aan  het  bouwbesluit,  dan  is  onder  meer  de  betonnorm  NEN-­‐EN  206  met  Nederlandse  invulling  NEN  8005  van  kracht.  In  de  NEN-­‐EN  206  /  NEN  8005  wordt  een  maximum  van  30%  (m/m)  betongranulaat  (als  percentage  grindvervanging)  toegestaan,  met  daarbij  enkele  kwaliteitseisen  aan  het  betongranulaat.  Wanneer  betongranulaat  met  een  productinformatieblad  wordt  gebruik  zoals  opgesteld  door  BOVN  en  BRBS  Recycling,  mag  worden  verondersteld  dat  aan  deze  eisen  worden  voldaan.  Wanneer  er  ambities  zijn  om  meer  betongranulaat  toe  te  passen  dan  toegelaten  volgens  de  NEN-­‐EN  206  /  NEN  8005,  kunnen  tussen  opdrachtgever,  aannemer  en  producent  aanvullende  afspraken  worden  gemaakt  duur  CUR-­‐Aanbeveling  112  van  toepassing  te  verklaren.  CUR-­‐Aanbeveling  112  schrijft  dat  bij  vervanging  van  50%  van  het  grind  door  betongranulaat,  de  constructieve  eigenschappen  niet  wezenlijk  veranderen  voor  beton  in  de  sterkte-­‐klassen  C12/15  t/m  C53/65  (C55/67).  Wanneer  meer  grind  dan  50%  van  het  grind  wordt  vervangen  door  betongranulaat,  moet  rekening  worden  gehouden  met  andere  constructieve  eigenschappen  zoals  genoemd  in  CUR-­‐Aanbeveling  112.  Ook  geld  dan  een  beperking  ten  aanzien  van  milieuklassen  XD  en  XS.  De  CUR-­‐Aanbeveling  spreekt  uitsluitend  over  grove  fractie  betongranulaat.  Naast  de  grove  fractie  is  er  ook  nog  een  aanzienlijke  hoeveelheid  van  de  fijne  fractie  (<  4  mm)  beschikbaar.  Richtlijnen  voor  toepassing  van  de  fijne  fractie  betongranulaat  worden  beschreven  in  CUR-­‐Aanbeveling  106.    

Idealiter  moet  het  gebruik  van  betongranulaat  niet  leiden  tot  een  slechtere  milieu-­‐impact.  Logischerwijs  moet  het  betongranulaat  niet  te  veel  worden  getransporteerd,  omdat  dit  een  hogere  milieubelasting  geeft.  Zo  blijkt  dat  de  transportafstand  beperkt  moet  blijven  tot  35  km,  anders  heeft  dit  negatieve  gevolgen  voor  de  milieubelasting.  

 

Toepassingsmogelijkheden  rycyclinggranulaten  

Funderingsmateriaal  

De  belangrijkste  toepassing  van  recyclinggranulaat  is  die  in  funderingen  voor  de  wegenbouw.  in  de  jaren  1970  is  een  omschakeling  gemaakt  naar  grootschalige  toepassing  van  recyclinggranulaten  toen  er  problemen  waren  ontstaan  met  de  tot  dan  toe  gebruikelijke  materialen  (vooral  zand,  zandcement  en  slakken).  In  de  ervaring  die  daarna  is  opgebouwd  is  gebleken  dat  een  zeer  betrouwbare  en  sterke  funderingslaag  kan  worden  gebouwd.  Omdat  de  toplagen  (asfalt  of  beton)  relatief  kostbaar  zijn  probeert  men  te  besparen  op  de  dikte  van  deze  lagen,  zonder  dat  daarbij  de  kwaliteit  in  het  geding  mag  komen.  Het  blijkt  dat  met  recyclinggranulaat  veel  kan  worden  bespaard.  Unieke  eigenschap  van  recyclinggranulaat  is  dat  de  sterkte  (stijfheid)  door  verkitting  en  hydraulische  werking  van  de  bestanddelen,  toeneemt  in  de  tijd.  De  langzame  groei  voorkomt  scheurvorming  van  de  toplaag.  Uit  onderzoek  van  Rijkswaterstaat  is  gebleken  dat  bij  hergebruik  van  oude  funderingslagen,  deze  sterktegroei  opnieuw  zal  optreden.  

Verhardingslaag  of  (tijdelijke)  wegverhardingen  

Recyclinggranulaat  dat  is  geproduceerd  voor  funderingslagen  kan  ook  dienen  als  bovenlaag.  Door  een  goede  korrelverdeling  en  vochtgehalte  laat  dit  materiaal  zich  vlak  afwalsen  tot  een  stevige  toplaag.  Deze  kaan  kan  voor  verschillende  doeleinden  worden  gebruikt:  parkeren,  tijdelijke  werkweg,  etc.  In  deze  hoedanigheid  is  het  ook  goed  mogelijk  om  voetpaden  of  fietspaden  aan  te  leggen.  Hierbij  moet  wellicht  rekening  worden  gehouden  met  de  uiterlijke  kenmerken  van  de  laag.  In  de  standaard  samenstelling  is  een  klein  percentage  hout  of  glas  nog  wel  toegestaan.  In  de  praktijk  komen  hier  soms  vragen  over.  Overigens  is  door  de  handling  van  het  materiaal  spraken  van  een  minder  scherp  materiaal  (ook  glas)  dan  men  zou  verwachten.  

Waterbuffering  en  drainage  

Recyclinggranulaat  heeft  van  zichzelf  een  vrij  grote  holle  ruimte.  Dit  heeft  als  voordeel  dat  dit  materiaal  veel  vocht  kan  verwerken  voordat  dit  problemen  geeft  met  condens  onder  de  verhardingslaag  of  vorst-­‐dooi  problemen  of  verpapping.  De  waterbergende  werking  van  het  granulaat  kan  verder  worden  vergroot  door  de  0/4  mm  fractie  uit  te  zeven.  De  bergingscapaciteit  neemt  hierdoor  verder  toe.  Dit  materiaal  wordt  wel  gebruik  om  waterbuffers  te  creëren  naast  gesloten  verhardingen,  viaducten  en  in  woonwijken.  De  natuurlijke  afvoer  van  het  water  heeft  dan  meer  tijd.    

Wanneer  de  fijne  fractie  wordt  afgezeefd  is  het  draagvermogen  van  de  laag  niet  meer  vergelijkbaar  met  die  van  het  normaal  gegradeerde  granulaat.  Het  recyclingbedrijf  meot  ook  afzet  vinden  voor  de  fijne  fractie,  wat  vaak  lastiger  is  dan  afzet  als  funderingsmateriaal.  

Schanskorven  

Grof  recyclingmateriaal  kan  dienen  als  vulling  voor  schanskorven,  soms  alleen  als  kernmateriaal,  soms  als  volledige  vulling.  De  schanskorven  worden  op  hun  beurt  weer  als  wanden,  terreinscheiding  en  dergelijke  ingezet  

Toeslagmateriaal  voor  paalmatrassen  

Paalmatrassen  zijn  funderingen  die  met  heipalen  zijn  versterkt.  Op  de  palen  worden  een  bed  aangelegd  met  wegendoek  en  menggranulaat,  vaak  in  meerdere  lagen.  In  de  praktijk  is  gebleken  dat  

recyclinggranulaat  een  wezenlijke  bijdrage  levert  aan  de  sterkte  van  deze  constructie,  waardoor  met  minder  heipalen  kan  worden  voldaan.  

Oeverbescherming  /  Waterbouwsteen  

Grof  recyclinggranulaat  is  goed  toepasbaar  in  oeverbeschermingen.  Er  is  voldoende  massa  nodig  van  de  afzonderlijke  elementen,  waardoor  men  vaker  natuursteen  toepast.  Echter  niet  alle  oevers  zijn  zo  veeleisend  dat  hiervoor  moet  worden  gekozen.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bronnen  

https://www.cementonline.nl/co2-­‐footprint-­‐beton-­‐veel-­‐lager-­‐dan-­‐gedacht  

http://mvonederland.nl/dossier/co2-­‐arm-­‐beton-­‐0  

http://www.cobouw.nl/artikel/577561-­‐verbrande-­‐rijstdoppen-­‐goede-­‐cementvervanger-­‐voor-­‐beton  

https://www.nemokennislink.nl/publicaties/biobeton-­‐repareert-­‐zichzelf  

http://www.cementbouw.nl/media/2626.pdf  

 

Bijlagen    

BNV1403  Vraag  en  antwoord.pdf  

Duurzaam  Beton  Trending  Topics.  

CUR-­‐Aanbeveling  112:2014  

CUR-­‐Aanbeveling  106:2014