0

Wilt u deze kennis delen met collega's? Klik dan hier om uw collega's uit te nodigen.

1. Inleiding

1. Inleiding

1.1. Wat zijn geopolymeren

Cement is het meest toegepaste bindmiddel in beton en is gebaseerd op een in een cementfabriek geproduceerde klinker. Cement is een hydraulisch bindmiddel, dat wil zeggen: het reageert met water (hydratatie) tot een waterbestendig materiaal. Het belangrijkste bestanddeel in de gevormde gel is calciumsilicaathydraat (CSH). In bepaalde cementsoorten worden latent hydraulische (bijvoorbeeld gegranuleerde hoogovenslak) of puzzolane (bijvoorbeeld poederkoolvliegas, silica fume en metakaolien) vulstoffen toegevoegd. Deze componenten worden door het alkalisch milieu dat ontstaat door hydratatie van de klinker geactiveerd en dragen op die manier bij aan de specifieke eigenschappen van het beton.

Reactieve vulstoffen zoals gegranuleerde hoogovenslak en poederkoolvliegas kunnen ook geactiveerd worden door sterk alkalische materialen, zoals natronloog (NaOH) en natriumsilicaat (waterglas: Na2SiO3). Hierdoor ontstaat een driedimensionaal netwerk van aan elkaar verbonden aluminaat- en silicaatgroepen, een anorganisch polymeer, ook wel geopolymeer genoemd. Beton vervaardigd met geopolymeer als bindmiddel kan sterk van cementbeton afwijkende eigenschappen hebben [1-4].
Indien de reactieve grondstof (vaak met de Engelse term ‘precursor’ aangeduid) een hoog gehalte aan calcium bevat (CaO-gehalte in het bindmiddelsysteem > 10 à 20 %m/m), dan bestaat het bindmiddel naast het natriumaluminosilicaathydraat (afgekort met NASH) ook uit calciumsilicaathydraten (CSH) en calciumaluminaathydraten (CAH). Een dergelijke mengstructuur wordt aangeduid met CASH. Bij nog hogere gehalten aan CaO gaat de CSH structuur overheersen en komen de eigenschappen steeds dichter bij die van cementbeton te liggen [5].

Hoewel in [5] de term geopolymeren is gerelateerd aan de calciumarme (<10 %m/m CaO) alkalisch-geactiveerde bindmiddelen, wordt in dit preadvies de term geopolymeren gebruikt voor alle alkalisch-geactiveerde bindmiddelen, ook voor die met een hoog CaO-gehalte, omdat die term inmiddels in Nederland is ingeburgerd.

1.2. Duurzaam beton en geopolymeren

Bij de productie van Portlandklinker, de basisgrondstof voor de traditionele cementen, wordt veel energie verbruikt en ontstaat veel emissie van CO2. De klinkerproductie draagt wereldwijd voor meer dan 5% bij aan de totale CO2-emissie. Hoewel Nederlandse cement het laagste klinkergehalte en dus de laagste CO2-emissie ter wereld heeft, blijft het streven van de cement- en betonsector om dit nog verder te verbeteren. De Green Deal ‘Verduurzaming betonketen’, die eind 2012 is gesloten tussen overheid en MVO Netwerk Beton, heeft als doel om op korte termijn concrete verbeteringen in gang te zetten, met als einddoel om in 2050 een 100% duurzame betonketen te realiseren. Hiertoe zijn zeven handelingsperspectieven geselecteerd die op middellange termijn een wezenlijke bijdrage aan deze doelstelling moet opleveren.

Eén van deze handelingsperspectieven is het toepassen van geopolymeren als een mogelijk alternatief voor op Portlandklinker gebaseerde cementen. Afhankelijk van de gebruikte grondstoffen (precursors en activatoren) en mengselsamenstellingen c.q. productiewijze kan bij geopolymeerbeton een beduidend lagere milieubelasting ontstaan dan bij cementbeton, met name bij een hoog gehalte aan Portlandcementklinker, met vergelijkbare eigenschappen [3, 6].

Hoewel alkalisch-geactiveerde bindmiddelen al een historie van meer dan 100 jaar kennen, is het in vele landen, waaronder Nederland, pas in de afgelopen jaren in de belangstelling komen te staan. Er is wereldwijd uitgebreid onderzoek uitgevoerd naar alkalisch-geactiveerde materialen, die op een overzichtelijke wijze zijn gedocumenteerd [1-4]. Ondanks de aanwezige kennis is, met uitzondering van een paar landen die daar in het verleden (veelal vanwege een gebrek aan cement) voor hebben gekozen, de toepassing van geopolymeerbeton beperkt gebleven.
De belangrijkste redenen hiervoor zijn:

  • de grote variatie in eigenschappen van het geopolymeerbeton, vanwege de vele mogelijke combinaties aan grondstoffen (precursors en activatoren) in het alkalisch-geactiveerde bindmiddel;
  • het ontbreken van voldoende praktijkervaring;
  • het ontbreken van specifieke betonregelgeving.

Ter bevordering van het handelingsperspectief geopolymeerbeton wordt door middel van demonstratieprojecten [6] de praktijkervaring in Nederland uitgebreid.

1.3. Regelgeving

Doelstelling werkgroep
De ontwikkeling van regelgeving (CUR-Aanbeveling) voor geopolymeerbeton is neergelegd bij de SBRCURnet werkgroep ‘Geopolymeren’, die onder SBRCURnet commissie ‘Duurzame en betrouwbare beton-constructies’ functioneert.
Het opstellen van de gewenste regelgeving zal naar de inzichten van de werkgroep gefaseerd plaatsvinden vanwege de beschikbare kennis en ervaring, evenals de beschikbare budgetten en tijd. Het uiteindelijke doel is het formuleren van regelgeving voor zowel niet-constructieve en ongewapende toepassingen als constructieve en/of gewapende toepassingen van geopolymeerbeton. Het begeleiden van c.q. het evalueren van de opgedane praktijkervaringen in een aantal demonstratieprojecten (pilots) valt ook binnen het taakgebied van deze werkgroep.

Werkzaamheden werkgroep
De werkgroep heeft in vier vergaderingen over een periode van vier maanden de volgende werkzaamheden uitgevoerd:

  • Het vaststellen van een realiseerbare doelstelling van de werkgroep gezien beschikbare tijd en budget (inkadering en fasering)
  • Het uitvoeren van een inventarisatie van beschikbare kennis en ervaring, waarin alle relevante betontechnologische aspecten zijn geïdentificeerd voor het opstellen van een eerste CUR-Aanbeveling
  • Het opstellen van een opzet van een dergelijke CUR-Aanbeveling voor geopolymeerbeton met een voorstel hoe de van cementbeton afwijkende aspecten bij geopolymeerbeton worden onderzocht en beoordeeld
  • Het opstellen van een onderzoeksvoorstel voor de verificatie van de geschiktheid van de voorgestelde beoordelingsmethodiek
  • Het opstellen van het preadvies voor vervolgactiviteiten

Samenstelling werkgroep
De werkgroep ‘Geopolymeren’ heeft de volgende samenstelling:

Naam Namens
ir. J. C. Galjaard RO, voorzitter
ir. R. Bleijerveld
mevr. Dr-Ing Habil A. Buchwald
dr. ir. S. Grünewald
dipl. ing. M. Mille
H. H. M. Soen
ir. E. E. M. Vermeulen MBA
ing. P. de Vries FICT
dr. ir. G. J. L. van der Wegen, rapporteur
ir. J. G. A. van Hulst, projectmanager
Volker InfraDesign
Van Gansewinkel Minerals
BTE-Groep / ASCEM
CRH / TU Delft
ORCEM
Inashco /AEB
Cement en BetonCentrum
ENCI
SGS INTRON
SBRCURnet
Corresponderende leden:
ing. Jan Heuveling
Henk Schuur
VOBN
BFBN