Duurzame bindmiddelen dragen bij aan groener beton

Tekst: ing. Frank de Groot, met dank aan Betonhuis

In samenwerking met Aan de Stegge Twello heeft Rouwmaat in 2021 een complete laadkuil, vloer en wanden uitgevoerd in geopolymeer beton bij de circulaire nieuwbouw van Uitgeverij DAVO in Deventer. Rouwmaat is één van de koplopers in Nederland op het gebied van geopolymeerbeton.

Beton bestaat hoofdzakelijk uit toeslagmateriaal, water en cement. Daarbij is het cement verantwoordelijk voor meer dan 80% van het totale CO₂-profiel van beton. Het is dus noodzakelijk om het CO₂-profiel van cement te verlagen om beton duurzamer te maken. De makkelijkste stap om het CO₂-profiel van cement te verlagen is door een deel van de portlandcementklinker te vervangen door geschikte alternatieven, zoals hoogovenslak en poederkoolvliegas. Nederland is hierin al decennia koploper. Daardoor heeft het in Nederland toegepaste cement ook het laagste CO₂-profiel ter wereld: de bijdrage aan de totale CO₂-emissie in Nederland is circa 1,2 procent, tegenover een wereldwijd gemiddelde van 7 procent.

Een ander alternatief van cement is de vervanging door een duurzamer bindmiddel. Er zijn dan ook genoeg alternatieven, zoals geopolymeer, gecalcineerde klei, kalksteenmeel en lavameel.

Geopolymeer

Op 1 november 2023 vond een webinar plaats over bouwen met geopolymeerbeton. In dit dertiende webinar georganiseerd door Betoniek en Betonhuis waren Stefan Kamphuis van Strukton Civiel en Peter Wolterinck van Rouwmaat Groep te gast bij Jacques Linssen, vakredacteur Betoniek. Zij deelden hun ervaringen met geopolymeerbeton.

Peter opende het webinar met een beschrijving van geopolymeerbeton: “Dit is een cementloos beton dat gebruikmaakt van een alkalische vloeistof als activator. De geschiedenis van geopolymeerbeton gaat terug tot ongeveer 60 jaar geleden in Rusland, waar het ontstaan is door een gebrek aan portlandcement.”

Tijdens het webinar werden verschillende toepassingen van geopolymeerbeton besproken, waaronder een brug, een onderdoorgang en een rotonde. “Er is een toenemende interesse in het gebruik van geopolymeerbeton in de praktijk. Geopolymeerbeton wordt veelal gebruikt in wegenbouw, maar ook in gewapend beton. De hechtsterkte is ook heel goed. Beter nog dan in traditioneel beton.”

Eigenschappen en verwerking
Peter beschreef de eigenschappen van geopolymeerbeton als stroperiger, stijver en hoog-alkalisch. “Het is goed te mengen en te verwerken. Het is heel stabiel en heeft goede aspecten voor lagere temperaturen.” Stefan vulde aan: “Voor verdichten kan er gebruikgemaakt worden van dezelfde gereedschappen als traditioneel beton. Met de hand is het wel wat intensief vanwege de stroperigheid, maar het is goed verwerkbaar. Na 3 tot 5 uur kun je het al vlinderen en afwerken.”

Vervolgens gaf Peter inzicht in het productieproces: “De activators worden in een aparte unit gemaakt, een grijze geïsoleerde container met leidingwerk dat de centrale inloopt. Die worden aangesloten op het watervat en daarop moet je je doseringsscherm aanpassen. De mengtijd ligt tussen die van traditioneel en zelfverdichtend beton. Granulaat is ook prima te gebruiken; tot wel 30 procent. We hebben ook weleens wat meer gedaan, maar de verwerkbaarheid neemt dan wat af.”

“Hoewel geopolymeerbeton een duurzaam alternatief is voor veel projecten, is de prijs een doorslaggevende factor. Geopolymeerbeton is ongeveer anderhalve keer duurder dan traditioneel beton, waardoor je een opdrachtgever moet hebben die bereid is te investeren in duurzaamheid”, aldus Peter. Daarnaast benadrukte Stefan het belang van de daadwerkelijke toepassing van dit innovatieve materiaal en het zorgvuldig overwegen van uitvoeringen, met een focus op het bewustzijn van de langetermijnrisico’s. “Haastige projecten zijn niet geschikt voor geopolymeerbeton, omdat het materiaal ontworpen is om lang mee te gaan; vaak tot wel 30 jaar”, legde Stefan uit.

Wand laadkuil van geopolymeerbeton. Foto: Rouwmaat.

Gecalcineerde klei

De productie van portlandklinker heeft een CO₂-uitstoot van ongeveer 800 kg/ton. Eén van de meest succesvolle manieren om de milieu-impact in te perken, bestaat uit het mengen van portlandcement met aanzienlijke hoeveelheden cement vervangende materialen, ook wel puzzolanen of SCMs (Supplementary Cementitious Materials) genoemd. Eén van de meest veelbelovende alternatieve SCMs zijn thermisch geactiveerde kleimineralen, ook wel gecalcineerde (verhitte) klei genoemd. Deze beschikken over de vereiste puzzolane eigenschappen. Bovendien is klei een veelvoorkomende natuurlijke grondstof. Voor gecalcineerde klei is de CO₂-uitstoot ongeveer 330 kg/ton. Dit levert dus een aanzienlijke CO₂-reductie op.

Met hoogovenslakken is er een nog grotere CO₂-reductie te behalen; ongeveer 80 kg/ton. Echter, hoogovenslakken zijn maar beperkt beschikbaar en gecalcineerde klei is dan een goed alternatief om klinker te vervangen. Door gecalcineerde klei toe te passen in beton vervang je de klinker. Met dit materiaal als reactieve vulstof kan de milieu-impact van beton aanzienlijk worden verlaagd.

Gecalcineerde klei is rood van kleur en afhankelijk van de winplaats kan de kleur van de klei meer geel, rood of grijs zijn. Deze klei verhardt niet uit zichzelf maar moet door een andere stof geactiveerd worden. Dat kan door klinker (CEM I) toe te voegen of door de klei met natrium- of kaliumoplossingen te activeren. Momenteel lopen er meerdere onderzoeken naar de beschikbaarheid en het verkrijgen van grote hoeveelheden van dit materiaal. Ook regelgeving voor de toepassing moet nog uitgewerkt worden.

Lavameel

Lavameel, ook wel tras geheten, is een materiaal op basis van vulkanisch gesteente, dat kan worden toegepast als puzzolane vulstof in beton of als grondstof voor cement. Het geeft invulling aan de behoefte aan duurzame grondstoffen, bijvoorbeeld als alternatief voor gegranuleerde hoogovenslak en poederkoolvliegas. Vulstoffen worden in beton gebruikt om bepaalde eigenschappen te verbeteren, zoals de verwerkbaarheid. Vooral wanneer de vulstof reactief is, kunnen vulstoffen een bijdrage leveren aan de sterkte en duurzaamheid. Daarom kunnen ze in veel gevallen ook worden ingezet om cement te vervangen, waarmee het milieuprofiel wordt verbeterd.

Er is inmiddels een conceptversie van de beoordelingsrichtlijn BRL 1808 ‘Lavameel voor gebruik in beton, mortel en grout’. Deze lag tot 30 september ter commentaar. Dit commentaar wordt momenteel verwerkt.’

Kalksteenmeel

Kalksteenmeel is een tot poeder gemalen kalksteen. Deze vormt een aanvulling op het gehalte aan fijn materiaal in de (beton)specie en zal als zodanig de stabiliteit van de betonspecie verhogen. Door kalksteenmeel toe te voegen aan het betonmengsel, is er minder cement nodig. Dat levert dus al snel CO₂-winst op.

Kalksteenmeel wordt vooral toegepast als vulstof in zelfverdichtend beton. Voor de toepassing in beton worden in BRL 1804 aanvullend op NEN-EN 12620 eisen gesteld. Kalksteenmeel geeft namelijk geen energie af aan het proces en dat betekent dat het beton minder snel uithardt.

Voorbeeld van een groen bindmiddel: kalksteenmeel. Foto: Mark Zijlstra, i.o. Betonhuis.

CO₂-afvang

Het CO₂-profiel van beton kan dus worden verlaagd door het gebruik van duurzame bindmiddelen. Hoewel we ons in dit artikel hebben beperkt tot de inzet van duurzame bindmiddelen, zijn er ook andere mogelijkheden om de CO₂-uitstoot te verlagen. Naast de verdere inzet van duurzame bindmiddelen, zet de cementindustrie zelf ook sterk in op de afvang, de opslag en het gebruik van CO₂. In 2050 zal naar verwachting het grootste deel van de vereiste CO₂-reductie gerealiseerd worden door het afvangen van CO₂. Die CO₂ kan dan weer op diverse, nuttige manieren worden toegepast, waaronder de productie van brandstoffen en het kweken van algen. De opslag van CO₂ kan dan weer in oude gasvelden, maar wellicht is opslag in mineralen ook mogelijk. Uiteindelijk kunnen we stellen dat de verduurzaming van beton een zeer kansrijke toekomst heeft. Daarbij zullen duurzame bindmiddelen ongetwijfeld een verschil maken.