Betonproducenten investeren in nieuwe kennis voor low carbon cement en beton

Van maandag 6 februari tot donderdag 9 februari 2023 was de jaarlijkse LC3 Doctoral School op de Technische Universiteit van Lausanne (EPFL). Jan de Koning, voorzitter van de sector Betonhuis BPN en Bestuurslid Betonhuis was aanwezig: “Het was enorm leerzaam en het heeft mijn kijk op low carbon cement en beton veel scherper gemaakt .”

De LC3 Doctoral School geeft een overzicht van de meest recente ontwikkelingen op het gebied van hydratatie van cementgebonden materialen en in het bijzonder gemengde cementen. Het overzicht bevat gedetailleerde presentaties, discussies en experimenten van de meest relevante en veelbelovende technieken voor de studie van cementgebonden materialen. Tijdens de practica krijgen wetenschappers en onderzoekers inzicht in alle relevante factoren waarmee rekening moet worden gehouden bij het uitvoeren van laboratoriumexperimenten. De Koning: “Het is eigenlijk een cursus voor promovendi in de materiaalkunde. Jonge mensen die hun master hebben gehaald en promoveren in de materiaalkunde en dan in het bijzonder het materiaal beton bestuderen.” Tijdens deze negende editie waren ongeveer vijftig deelnemers aanwezig, vooral uit de academische wereld maar ook vanuit de industrie en uit veel verschillende landen.

Low carbon cement 

De cursus werd gegeven door prof. Karen Scrivener en een aantal van haar promovendi. Karen Scrivener is onder meer bekend van het rapport van de United Nations Environmental Program (UNEP) uit 2017 over Eco-efficient cements. Haar afdeling materiaalkunde heeft de laatste jaren veel gewerkt aan het LC3-50 concept waarbij beton met een aanzienlijk lagere footprint kan worden gemaakt. Het getal vijftig in LC3-50 staat voor vijftig procent van de Portlandcement vervangen door kalksteenmeel en gecalcineerde klei. Dit mengsel heeft een 40% lagere footprint dan een mengsel met 100% Portland cement. “In Nederland kijken we hier niet zo erg van op natuurlijk omdat Portlandcement meestal al wordt gemengd met hoogovenslak. Maar hoogovenslakken zijn beperkt beschikbaar en in de toekomst al helemaal niet meer, omdat de staalindustrie haar proces zal gaan wijzigen”, aldus Jan de Koning.  LC3-50 is vooral van belang voor het zuidelijk halfrond waar er een enorme vraag komt naar beton (Red. o.a. Afrikaanse landen) en er ook veel klei aanwezig is. Maar door de snel stijgende prijzen van hoogovenslak en samengestelde cement wordt LC3-50 misschien in het noordelijk halfrond snel interessant. De conclusie is dat de afdeling van Karen Scrivener heel veel kennis heeft opgedaan van dit nieuwe mengsel en dat LC3-50  zich op alle fronten kan meten met het 100% Portland mengsel. Dus LC3-50 heeft ook een druksterkte op 28d van 70MPa, de duurzaamheidstests zijn net zo goed e.d. Behalve de sterkte op 1 dag. Maar hier wordt aan gewerkt. 

Low carbon beton

Dr. Franco Zunino is een leerling van Karen Scrivener. Hij werkt nu bij de universiteit van Zurich (ETH Zurich) en hield onder andere een lezing over het ontwerp van een low carbon beton. Bij low carbon beton komen zoveel meer aspecten aan de orde dan bij een low carbon cement. Het is een belangrijk verschil omdat de aggregaten dan in het spel komen. Dat gaat onder meer over de pakking van het aggregaat. Hij maakte inzichtelijk hoeveel meer pasta (cement) je nodig hebt als je slordig de ruimte tussen de korrels open laat. “Het was enorm leerzaam en het heeft mijn kijk op low carbon beton veel scherper gemaakt. Deze cursus is een echte eyeopener en een must voor al degenen die een mening hebben over verduurzaming van beton. EPFL is een klassieke school met het degelijke no-nonsense onderzoekwerk.”

Experimenten in het laboratorium

Jan de Koning blikt terug op een geslaagde cursus: “In de ochtend waren er lezingen in de collegezaal en ’s middags waren we in groepen ingedeeld voor het laboratorium. We hebben er onder andere gewerkt met de elektronen microscoop en de X-ray Powder Diffractie machine. Deze laatste machine meet de groei van kristallen en als je de machine continu laat doormeten kun je live op het beeldscherm de betonpasta hard zien worden.” Door deze technieken verwacht de EPFL dat ze de ééndaagse sterkte op één of andere manier kunnen verbeteren. Er is een hand out ter beschikking gesteld aan de cursusleden. Voor de bij Betonhuis aangesloten bedrijven komt een deel beschikbaar. De technische informatie zal verder worden besproken en ten uitvoer worden gebracht in de werkgroep CO_NEE van de sector BPN binnen Betonhuis . 

Werkgroep CO_NEE van BPN

Binnen de sector BPN heeft de werkgroep CO_NEE (100 kg CO₂ per m³ beton) LC3-50 mengsels gemaakt om te oefenen en zal met de opgedane kennis de mengsels verder kunnen optimaliseren (zie ook dit artikel). Deze werkgroep is opgericht om het hoofd te bieden aan alle duurzaamheidsdoestellingen. De naam van de werkgroep ontstond door de ambitie om de CO₂ uitstoot te reduceren naar 100 kg CO₂ per m³ beton. Naast deze directe toepasbare kennis is vooral de brede blik op dit probleem die we moeten hebben. Dr. Damineli van de universiteit van Sao Paolo onderzocht in 2010 en 2020 internationaal de footprint van duizenden betonmengsels en vond uit dat er samenhang is tussen de footprint van een mengsel en de betonsterkte klasse.(zie afbeeldingen). "Niet zo vreemd, maar de spreiding was de grote verrassing! Sommige fabrieken gebruiken tweemaal zoveel CO₂ om een mengsel van een bepaalde sterkteklasse te maken dan andere. Met een herhaalonderzoek in 2020 was er praktisch niets veranderd. Voor de Nederlandse situatie ligt het misschien wat gunstiger maar wij hebben de ambitie om de aangesloten bedrijven te helpen en inzichten te geven om de duurzame ontwikkeling in te zetten. We willen de samenwerking opzoeken om dit veelzijdig probleem op te lossen.", geeft de Koning tot slot aan.

Meer informatie over de werkgroep CO_NEE? Neem contact op met Math Pluis.