Innovatief beton: we hebben er dringend behoefte aan, het is er, we gebruiken het niet

In zijn eentje is het maken van cement verantwoordelijk voor een haast onvoorstelbaar aandeel van 5% in de wereld-uitstoot van CO2. Omdat de bouwactiviteiten nog steeds groeien, hebben we dringend behoefte aan een duurzamer beton, niet meer op basis van Portland cement, zoals in de afgelopen 200 jaar. En zowaar: de mensheid heeft zo’n innovatief beton ontwikkeld. Maar gaat de behoudende bouwnijverheid het ook toepassen? ‘Er wordt veel en mooi gepraat over duurzaamheid, maar wanneer het aankomt op financiële ondersteuning, gebeurt er niets.’

Betonrot
Betonrot in het Hippodroom van Oostende. Foto: MADe.

Innovatief beton gevraagd

Naast duurzaamheid is er nog een reden waarom de mensheid dringend vervangers moet vinden voor beton in zijn huidige vorm: betonrot. Dit is een van de meest schadelijke en tegelijkertijd een van de minst besproken problemen in onze maatschappij. Met innovatief beton hebben we hier misschien veel minder last van. We kunnen ons daarbij laten inspireren door gebouwen en infrastructurele werken uit de oudheid; vele staan nog fier overeind, zoals de piramides in Egypte en het Pantheon in Rome. Deze werken hebben de tand des tijds glorieus doorstaan, terwijl de meeste moderne betonnen gebouwen en bruggen ontworpen worden voor slechts honderd jaar; maar ironisch genoeg komt het innovatieve beton dat hierop is gebaseerd, vaak niet door moderne kwaliteitstests. Gelukkig hebben het World Economic Forum en de Ellen MacArthur Foundation deze kwestie aan de orde gesteld. Nieuwe materialen zijn in ontwikkeling die ook veel minder CO2 uitstoten bij hun productie (93% minder is gerapporteerd, voor het cement alleen zelfs 97%). Maar wil de bouwsector dit innovatieve beton wel toepassen?

De gigantische CO2-uitstoot van Portlandcement komt voor een deel door de ontleding van kalksteen (calciumcarbonaat) tot calciumoxide en CO2, de kern van het proces; en voor een deel door de zeer hoge temperaturen (meestal 1450 oC) nodig voor het maken van klinker, waarbij calciumoxide wordt gemengd met toeslagstoffen als klei, als bron van aluminium en silicium. In principe is beton op basis van Portlandcement een hoogwaardig en veelzijdig materiaal dat veel nut heeft voor de bouwsector. Het belangrijkste nadeel (zijn lage treksterkte) kan worden verholpen door stalen wapening toe te voegen. Maar veel betonstructuren gaan achteruit tijdens hun levensduur, vaak doordat de wapening niet perfect is geïsoleerd van contact met lucht en water, en begint te roesten; dan zet deze uit en veroorzaakt scheuren in het omringende beton, waardoor nog meer roest wordt gevormd. Beton kan ook achteruit gaan door bevriezing van ingesloten water, brand, chemische aantasting bijv. door zeewater en bacteriën. Betonrot is zó wijd verbreid dat het VK £ 40 miljard per jaar besteedt aan reparatie en onderhoud van zijn ouder wordende infrastructuur, terwijl de VS naar verluidt zo’n $ 3 biljoen nodig heeft over een periode van vijf jaar om de kwaliteit van zijn infrastructuur te brengen van slecht naar matig.

Romeins innovatief beton
Portus Cosanus pier in de regio Orbetello. Foto: Wikimapia.

Het zeewaterbestendige beton van Rome

De zoektocht naar innovatief beton kreeg zijn inspiratie onder meer uit de duurzaamheid en bestendigheid van oud Romeins beton. Tweeduizend jaar geleden gebouwde pieren zijn nog intact, terwijl veel moderne havenkaden wegrotten. Een team onderzoekers onder leiding van Marie T. Jackson van de Universiteit van Utah denkt dat zij het geheim hebben ontdekt van deze buitengewone levensduur van Romeins beton. Zij onderzochten boorkernen van de oude Romeinse pier Portus Cosanus in de regio Orbetello in Italië. Zij ontdekten dat Romeinse ingenieurs een mengsel van vulkanische as, zeewater en kalksteen gebruikten, en dat de chemische reactie die hieruit voortkwam het materiaal nog verder verstevigde bij contact met zeewater, zelfs nadat het beton technisch gesproken was uitgehard. Door deze ‘pozzolanische’ reactie ontstonden kristallen in de holtes van het beton. Daardoor werd ook de vorming van scheuren voorkomen, en werd de constructie zelfs steeds sterker door de tijd heen.

Innovatief beton geïnspireerd door de piramides

Ingenieurs van Drexel University in Philadelphia hebben een cement ontwikkeld op basis van ontdekkingen in Egyptische piramides. Het onderzoek begon toen professor Michel Barsoum bij geruchte hoorde dat de piramides aan de buitenkant werden versterkt door cement. In monsters uit de piramides ontdekte hij samen met Aron Sakulich dat een klein percentage van de blokken waaruit de piramides zijn opgebouwd bijeen werd gehouden door cement, vooral bij de top. Dat cement bestond kennelijk uit vier ingrediënten: kalksteenpoeder, water, kalk en diatomeeënaarde, een sedimentgesteente. Als de Egyptenaren een cement konden maken dat duizenden jaren heeft doorstaan uit niets en met heel weinig apparatuur, zou dat niet de ontwikkeling van een modern innovatief beton kunnen inspireren?

Al Gizah piramides innovatief beton
Piramides van Al Gizah. Foto: Wikipedia.

Het ‘groene’ beton ontwikkeld door de ingenieurs van Drexel, waaronder ook Alex Moseson, gebaseerd op de oude Egyptische technologie, wordt gevormd door een basische reactie tussen slak, een industriële afvalstof, en kalksteen, waarvoor geen warmte nodig is. Hierdoor worden de materiaalkosten 40% lager dan bij beton uit Portlandcement, en de uitstoot van kooldioxide zelfs 93%. Het cement van Drexel bevat geen klinker, wat veel verschil maakt in milieueffect. Maar ook dit materiaal moet uitgebreide testprocedures doorstaan. In 2012 zei Barsoum: ‘Onze resultaten en de literatuur bevestigen dat ons cement het net zo goed of zelfs beter doet dan Portlandcement. Wij zijn bijna zo ver dat ons cement voldoet aan de commercieel belangrijke maatstaf ASTM C1157, die prestaties van cementachtige producten meet op terreinen als sterkte en droogtijd, onafhankelijk van de samenstelling.’ Maar het laatste testdocument dat we hebben gevonden dateert uit 2010.

In 2008 richtte de groep een bedrijf op om hun innovatieve beton aan de man te brengen, Greenstone Technologies geheten. ‘Zelfs als we voldoen aan die tests, blijft het buitengewoon moeilijk. Het is vooral een politieke strijd,’ zei Barsoum in 2012. ‘Ik zal blij zijn als we ergens een hoekje vinden waarin ons materiaal kan worden gebruikt.’ Maar hier houdt het verhaal op. Begin 2018 mailde Barsoum ons: ‘Er wordt veel en mooi gepraat over duurzaamheid, maar wanneer het aankomt op financiële ondersteuning, gebeurt er niets. En de makers van Portlandcement zeggen dat je Portland kunt vervangen door wat je maar wilt, zo lang het zich maar precies gedraagt als Portlandcement!’ Zou de wereld echt geen behoefte hebben aan een innovatief beton dat 93% minder CO2 uitstoot en dat misschien wel 2000 jaar oud kan worden?

Interessant? Lees dan ook:
Stro, een zeer goed bouwmateriaal
Biobased materialen en chemicaliën: prestaties openen de markt
Groene materialen in de auto: de eisen van de automobielindustrie

(Visited 10 times, 1 visits today)

Plaats een reactie