Beton:Hét bouwmateriaal voor de toekomst

ir. Gerard H.P. HolRaadgevend ingenieur /Specialist materialen en duurzaamheid

Inleiding

'Beton van Romeinen superieur aan moderne variant'Beton dat vele eeuwen geleden werd geproduceerd door de Romeinen is in veel opzichten superieur aan modern beton. Bron:Nu.nl.

Met andere woorden in plaats van innovatie is er sprake van achteruitgang

Wat zien we eigenlijk van deze Romeinse bouwwerken ?

De top 2% procent van alles wat gebouwd is en op dit moment niet meer gebruikt wordt

Cement produktie 3600 10^6 ton 7 miljard inwonersDit komt neer op 2 kubieke meter beton per jaar per wereldburgerde gemiddelde consument in de wereld -- 1.385 kubieke meter per jaar.

Cement

“When happiness was a common thing”

Sand Aggregate

Water

C20

C30

C40

Concrete

“It has become complicated”

Gravel

Sand

Cement

Water

Slag

Fly ash

Silica fume

FillersSteel FibersPolymer fibersAccelerator

Retarder

Stabilizer

Air entrainer

Super plasticizer

Water entrainer

Recycled aggregates

C8

C12

C20

C25

C30

C35

C40

C45

C50

C90

C100

B200

B800

Light weight Concrete

Selfcompacting concrete

Fibre reinforced concrete

“Property defined concrete”

Keuzes in bindmiddel

Formation of major reaction products

C3SC2SC3AC4AFother

dQ/dt

[J/g]

time

Major reactions and reaction products:

C3A: 3CaO.Al2O3 + 3CaSO4 +6H2O 3(CaO.Al2O3.CaSO4.14H2O) + 870 J/g C3A

C3S: 3CaO.SiO2 + xH2O 2CaO.SiO2 + Ca(OH)2 + (x-1)H2O

(C2S): 2(2CaO.SiO2) + 4H2O 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2 + 25 J/g

Total: 2(3CaO.SiO2) + 6H20 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2 + 504 J/g C3S

CSH = Calcium Silicate Hydrate; CH = Calcium Hydroxide

Ettringite

Het produceren van 1 ton portlandklinker produceert ca. 0,9 ton CO2

Dus andere bindmiddelen Meer keuze straks

voorbeeld

Dé oplossing voor brandveiligheid

van tunnels

Fire Fighting Layer ®

Eisen bij brandDe plaat moet bij een brand aan de volgende eisen

voldoen:

I.De hoofddraagconstructie beschermen

I. Temperatuur in het betonoppervlak < 300 C

25 mm vanaf het buiten oppervlak

II. Temperatuur wapening < 250 C

III. Niet bezwijken bij brand dit geldt ook voor

ankers

Spalling mechanisms in reinforced concrete

Spalling due to thermal dilation Spalling caused by vapour pressure

Construction and Building Materials, Volume 37, December 2012, Pages 621–628

Ozawa et al. 2012

April 13, 2023 18

Concrete in fire (after Khoury, 2000)

Temperature (°C) What happens

1000

900Air temperature in fire rarely exceed this level, but flame temperatures can rise to 1200 °C and beyond

800

700

600Above this temperature concrete is not functioning at its full structural capacity

550 – 600Cement-based materials experience considerable creep and loose their load-bearing capacity

400

300Strength loss starts, but in reality only the first few centimeters of concrete exposed to a fire will get any hotter than this, and internally the temperature is well below this.

250-420Some spalling may take place, with pieces of concrete breaking away from the surface

HPC-70 with 100% moisture content

Peng, G. F. (2000)

Fracture surface in HPC concrete

HPC-110 with 88% moisture content

• Explosive spalling of 100 mm HPC cubes • The temperature range of spalling 480 to 510°C• Heating duration was around three minutes

HPC-120 with 100% moisture content

20

Fire spalling of a column

Kodur, V. K. R. and Phan L. (2007).

Fire Safety Journal, Vol. 42, p. 82-488.

Concrete column in fire (after Khoury, 2000)

(a) whole column spalled (b) cover layer spalled

Trekkrachten op ankers

Ondanks dat we het materiaal nog steeds beton noemen zijn er veel innovaties geweest:

Nieuwe bindmiddelen Andere verwerkings eigenschappenNieuwe eigenschappen

Dus zeer innovatief