Alternatieve duurzame betonmixen

De productie van beton is, voornamelijk via de fabricage van cement, verantwoordelijk voor vijf à acht procent van de wereldwijde broeikasgasemissies. Een mogelijke oplossing om deze uitstoot te verlagen zijn nieuwe betonmixen op basis van alternatieve grondstoffen. Dat kunnen bijvoorbeeld gerecupereerde (‘secundaire’) mineralen zijn uit afvalstromen. Het Belgische VITO beschikt sinds eind 2021 over een veelzijdig, state-of-the-art labo om die alternatieve betonmixen te testen.

In de verduurzaming van de bouwsector is circulariteit een cruciaal begrip. Door bouwafval van gesloopte of gerestaureerde gebouwen zoveel mogelijk te gaan recycleren en hergebruiken, kan de milieu-impact van de sector worden verkleind. Meer nog, bouwmaterialen kunnen afvalstromen uit andere sectoren absorberen, zoals slakken uit de metallurgie of mijnafval. Door onderdelen van die afvalstromen opnieuw te valoriseren, kan ook de behoefte aan primaire grondstoffen worden ingeperkt. Gerecupereerde grondstoffen kunnen bijvoorbeeld deels aggregaten en cement vervangen, de twee belangrijkste componenten van beton. Vooral cement is een ‘lastige’ component door zijn immense klimaatimpact: bij de productie wordt niet alleen veel (fossiele) energie gebruikt maar komt ook nog eens rechtstreeks CO2 vrij.

Secundaire mineralen

Gerecupereerde mineralen uit bouwafvalstromen gebruiken als cementvervangers, zogeheten supplementary cementitious materials (SCM’s), dat is een piste die bij VITO wordt onderzocht. ‘We zoeken naar een bestemming voor deze zogenoemde secundaire mineralen, en het ligt voor de hand dat we daarvoor in de eerste plaats naar beton kijken’, zegt Arne Peys van VITO. Hij en zijn team beschikken sinds eind 2021 over een uitgebreid labo om beton te testen, in-house bij VITO ontworpen en samengesteld. Het beton kan hier op alle mogelijke vlakken bestudeerd worden: van mechanische eigenschappen zoals stevigheid en duurzaamheid (hoelang blijft het beton stevig?) tot meer praktische zoals de toepasbaarheid (kan het gemakkelijk worden gegoten?). Met de resultaten van de tests wordt dan een vergelijking gemaakt met conventionele betonsoorten.

Het hoofdgedeelte van het ‘betonlabo’ van VITO huist in een ruimte van 150 vierkante meter. Daar staat de grootste apparatuur om het testbeton te mixen, te gieten of persen en te laten uitharden, waarbij het continu van nabij wordt bestudeerd. Meer gespecialiseerde tests worden uitgevoerd in twee aanpalende labo’s. ‘Het labo is eigenlijk niet nieuw’, zegt Warre Van Dun van VITO. ‘We hadden al testapparatuur maar die was eerder klein en beperkt, en bovendien waren de toestellen verspreid over verschillende locaties binnen VITO. Dat werkte niet erg efficiënt. Nu beschikken we over grote en gespecialiseerde apparatuur waarmee we ons kunnen meten met de toplabo’s.’

Veelzijdig

Een van de sterktes van het betonlabo is dat het – juist dankzij de verschillende testapparatuur die is samengebracht – zo veelzijdig is. Daardoor kunnen bijvoorbeeld behalve beton ook andere bouwmaterialen onderzocht worden, zoals de duurzame Carbstone-klinkers (een innovatie van onder meer VITO) die worden gemaakt uit staalslakken en CO2 uit emissies. Maar wat het labo echt uniek maakt is de kennis en expertise inzake het gebruik van gerecupereerde materialen en grondstoffen (zoals mineralen) uit afvalstromen.

Het team van het betonlabo is ook goed onderlegd in het uitlogen van waardevolle metalen uit bouwafvalstromen. ‘Toen ik begon bij VITO lag de focus hier nog op’, zegt Van Dun. ‘Gaandeweg zijn we ons echter meer gaan richten op het potentieel van de zogenoemde matrix, namelijk het grote volume materiaal dat overblijft na extractie van de waardevolle elementen. Dit toont het potentieel aan van afvalstromen uit de bouw maar ook uit andere sectoren zoals de metallurgische industrie en de mijnbouw.’ 

Duurzaam beton

Een testcyclus in het betonlabo duurt minimaal 28 dagen. Dat is immers de tijd die beton nodig heeft om voldoende uit te harden en om zijn optimale eigenschappen te bekomen. Tijdens die periode wordt er op gezette tijden naar de toestand van het beton gepeild, bijvoorbeeld twee dagen en zeven dagen nadat het is gegoten. ‘Dat is respectievelijk de tijd waarna je erop kunt gaan staan en erop kunt rijden’, aldus Peys.

De toevoeging van SCM’s kan een grote invloed hebben op een betonmix, ook al bestaat die nog voor een deel uit conventioneel (portland)cement. ‘Sommige cementvervangers zijn chemisch inert of zeer beperkt reactief, andere reageren heel sterk met het cement en de aggregaten’, zegt Hadi Kazemi Kamyab van VITO. ‘Het kan zelfs gebeuren dat SCM’s een betonmix opleveren met betere eigenschappen dan met gewoon cement. Dat is dan natuurlijk helemaal geweldig als je focus ligt op duurzaam beton.’

Klanten

‘We voeren tests uit voor zowel interne VITO-onderzoeksgroepen als voor externe klanten’, zegt Peys. ‘Doorgaans komen ze naar ons voor meer specifieke, gespecialiseerde vragen. Een bedrijf wil bijvoorbeeld onderzoeken of een bepaald residu uit zijn productieprocessen zou kunnen worden gebruikt als SCM. Of een betonproducent is op zoek naar alternatieve grondstoffen omdat hij vreest dat de beschikbaarheid van de huidige straks in het gedrang komt.’ In deze context is het niet onbelangrijk om aan te stippen dat de prijs van portlandcement de afgelopen tijd flink gestegen is.

Ook voor tests op alternatieve aggregaten (bijvoorbeeld in de plaats van zand, dat nu vaak wordt gebruikt) kunnen bedrijven bij het betonlabo van VITO terecht. Het werkt al samen met de industrie in een project rond hergebruik van aggregaten, weer afkomstig uit bouwafval. Want ook hiervoor zijn steeds meer bedrijven op zoek naar alternatieven. Van Dun: ‘Door de huidige grondstoffenschaarste zien we zelfs dat secundaire grondstoffen soms al goedkoper zijn dan primaire.’