Geopolymeerbeton
Geopolymeerbeton (GPB), in andere landen ook alkalisch-geactiveerd beton of beton met anorganisch bindmiddel genoemd, is geen nieuw bouwmateriaal. Het werd al in het verleden succesvol toegepast (bijvoorbeeld in de voormalige Sovjet-Unie en Australië). GPB heeft de afgelopen jaren veel aandacht getrokken omdat duurzaamheid en zorg voor het milieu terecht hoog in de agenda’s stond en staat. Naast de positieve milieu eigenschappen blijkt GPB ook meerdere positieve, t.o.v. traditioneel beton, mechanische eigenschappen te hebben.
Traditioneel cementbeton (TB) hardt uit door de reactie van water met de verschillende componenten van cement. Bij deze hydraulische reactie ontstaat CSH gel en calciumhydroxide. calciumhydroxide (Ca(OH)2) is een belangrijke motor voor het ontstaan van nieuwe reactieproducten uit hoogovenslakken (CASH gel) of poederkoolvliegas (CSH gel). GPB bevat vergelijkbare componenten in het bindmiddel als TB maar dan in een andere verhouding. De activator rol in GPB hebben verbindingen die alkaliën bevatten en hiermee de reacties op gaan brengen. Ook dit is een hydraulische reactie waarbij een CNASH gel wordt gevormd. In een kennisdocument (voor leden Betonhuis) komen de volgende aspecten komen aan de orde:
• Mengselsamenstelling;
• Productie en kwaliteit;
• Eigenschappen;
• Duurzaamheid en veiligheid;
• Markten voor GPB;
• Regelgeving
Vier belangrijke aspecten van GPB zijn de milieu-impact, levensduur, constructieve eigenschappen en de arbeidsveiligheid. Met GPB kan de carbon-footprint van beton verlaagd worden, hoe groot de reductie is, is afhankelijk van de samenstelling als ook de keuze van de referentie-beton die voor de vergelijking gekozen wordt. Het is belangrijk te weten dat in tegenstelling tot TB bij GPB de pH-waarde in de beginfase van de productie niet stijgt; de activators zelf hebben al een bijtend of irriterend karakter waarmee in productie rekening gehouden moet worden. Door de hogere pH en andere samenstelling van de gel en het poriewater is het beton beter bestand tegen (natuurlijke) carbonatatie, zeewater, ASR en waarschijnlijk ook chloride geïnitieerde corrosie. Dat de constructieve eigenschappen enigszins kunnen afwijken van de tabelwaarden uit de Eurocode is iets om rekening mee te houden.
Eigenschappen geopolymeerbeton
Er wordt onderscheid gemaakt tussen mengsels die duidelijk minder of minder calcium bevatten t.o.v. van traditioneel cement. Bindmiddelen voor GPB die weinig calcium bevatten zijn bijvoorbeeld vliegas of metakaolien, terwijl hoogovenslak meer calcium bevat dan de twee daarvoor genoemde bindmiddelen, maar relatief minder dan Portlandcement. Op basis van de samenstelling van de bindmiddelen en de microstructuur die ontstaat kunnen ook de eigenschappen van GPB verklaard worden. Veelal worden GPB en TB op basis van druksterkte na 28 dagen vergeleken, die niet altijd de meeste relevante of enige eigenschap van belang is.
Eigenschappen van GPB worden in dit document verder in detail besproken; dit betreft materiaaleigenschappen, duurzaamheid en constructief gedrag. GPB kan met lage tot zeer hoge druksterktes geproduceerd worden; de elasticiteitsmodulus is veelal lager, de treksterkte hoger. Afhankelijk van verschillende parameters kan de krimp hoger zijn, maar door een warmtebehandeling duidelijk gereduceerd worden. De duurzaamheid van GPB wordt net als bij TB door de permeabiliteit van het poriënsysteem bepaald; door minder calciumverbindingen kunnen de weerstand tegen chemische aantasting en de brandwerendheid beter zijn i.v.m. TB. Door microscheurvorming kunnen eigenschappen achterblijven t.o.v. de verwachte waarden naar verloop van tijd. Hierbij is ook de manier van nabehandeling belangrijk. Het hergebruik van gerecycled GPB in TB zou aanvullend onderzoek vragen m.b.t. het vrije gehalte alkaliën om alkali-silica reactie te voorkomen.
Milieu en arbeidsveiligheid
In een literatuurstudie werd de CO₂-reductie t.o.v. puur op Portlandcement gebaseerd beton in een bandbreedte van 40-80% aangegeven; extreme waarden van tot 97% CO₂-besparing of maar 10% worden eveneens genoemd. Terwijl bij TB de milieuimpact voor het grootste deel van cement komt, wordt dat bij GPB door de activators veroorzaakt. Voor levenscyclusanalyses moeten de juiste data worden gebruikt m.b.t. milieuimpact van de activators. Beton met gelijke prestatie toegespitst op de toepassing moet hierbij met elkaar vergeleken worden
Een belangrijk aspect i.v.m. de GPB-technologie is het toepassen van vloeibare of droge alkali activator, die bijtend of irriterend kunnen zijn. Vers GPB is nog steeds duidelijk agressiever dan TB op basis van Portlandcement; de pH-waarde van GPB kan 14 of hoger zijn in vergelijking met TB dat normaal een pH-waarde van 12-13 heeft en dit ook pas bereikt na het vorderen van de hydratatie. Verwerkers van GPB kunnen het beste de producent benaderen om te leren en getraind te worden m.b.t. de passende behandeling, veiligheidsmaatregelen en procedures. Het dragen van Persoonlijke Beschermings-middelen (PBM) is essentieel. Dragen van PBM’s wordt ook sterk aangeraden bij het werken met TB.
Markt en regelgeving
De markt en de toepassingen van GPB zijn zeer uiteenlopend; het kunnen speciale niche-producten zijn maar ook massa-producten zoals geprefabriceerd beton of betonmortel. Voor het brede toepassen en het opschalen tot hoeveelheden die relevant zijn voor de bouwindustrie moet de beschikbaarheid van de grondstoffen gewaarborgd zijn. Bindmiddelen die ook met Portlandcement gecombineerd kunnen worden door de cementindustrie, hebben hierdoor competitie. Een pluspunt van GPB is dat ook lokale grondstoffen als bindmiddelen toegepast kunnen worden (zoals slakken of klei) indien deze voor de productie met GPB geschikt zijn. Belangrijke aspecten zijn de variatie in samenstelling en eigenschappen van deze grondstoffen als ook de transportafstanden.
De ontwikkelingen m.b.t. regelgeving zijn volop bezig. In Engeland is al een aanvulling op de EN 206 (de betonnorm) gepubliceerd; de stap tot de constructieve regelgeving op het gebied van Eurocodes zou eerst nog gemaakt moeten worden. In Nederland heeft Kiwa de nationale beoordelingsrichtlijn BRL 5077 gepubliceerd, deze vertaalt ook het Besluit Bodemkwaliteit naar concrete eisen, waardoor de weg vrij is voor toepassingen. Een productnorm voor GPB is er nog niet. Verschillende certificerende partijen ondersteunen nu al industriële partijen in het certificatie-traject, dat nu nog op prestatie gebaseerd is en dat de verificatie van bepaalde eigenschappen van GPB vereist (vergelijkbaar met een ‘Technical Approval’, bijvoorbeeld ETA). Een CROW Aanbeveling wordt voorbereid, waar de resultaten uit literatuur, laboratorium en praktijk (Proeftuinen) zullen worden vertaald naar regelgeving. Ondertussen groeit de interesse van opdrachtgevers in geopolymeerbeton (en andere duurzame betonsoorten), maar dit is nog niet structureel.
Vooruitblik
Beton wordt in zeer grote hoeveelheden verwerkt. De huidige op Portlandcement gebaseerde productie van beton heeft voor- en nadelen, zoals in dit document besproken is. Duurzaamheid gaat in toekomst in nog grotere mate dan nu met extra kosten komen, waarschijnlijk kan alleen met een combinatie van alle mogelijkheden CO₂ te reduceren en te besparen een belangrijk verschil gemaakt worden. Met het overkomen van barrières en het aanbieden van incentives-triggers zal de hoeveelheid GPB-toepassingen toenemen, ondersteund door het uitvoeren van wetenschappelijk onderzoek en het verder optimaliseren van de materialen en de samenstelling ervan. De prestatie van een betonconstructie of betonelement blijft hierbij in het middelpunt.
