Beton met laag klinkergehalte: onderzoek naar ondergrens voor Portlandcement

Hoe kunnen we onze CO2-uitstoot en onze impact op het milieu beperken? Met dit doel werd vanuit het Heidelberg Technology Center een internationale onderzoeksgroep opgericht. Die focust op betonsamenstellingen met cementen met een zo laag mogelijke CO2-voetafdruk. Het ENCI/CBR-betonlab in Rotterdam nam deel aan dit onderzoek.

Beton met laag klinkergehalte - Proefstukken in het lab.
Minder klinker = minder CO2

Portlandcementklinker is het bestanddeel van cement dat de grote CO2-uitstoot veroorzaakt tijdens de productie. Hoe minder klinker een cement bevat, hoe groter de milieuwinst voor het beton. Dat verklaart de doelstelling van het onderzoek: beton samenstellen met zo weinig mogelijk klinker. Martin Hunger van het betonlab in Rotterdam: ‘In Nederland en België zijn we al lang doordrongen van de milieuvoordelen van minder klinker. Daarom maken wij in ons beton veel gebruik van hoogovencement op basis van hoogovenslak. In andere werelddelen staat de cement- en betonindustrie vaak nog niet zover – omdat ze niet over hoogovenslak kan beschikken, bijvoorbeeld.’

Sterkteklasse C30/37

In de loop van het project werd de onderzoeksdoelstelling voor het betonlab verfijnd: hoe kunnen we een heel gebruikelijke betonsamenstelling met sterkteklasse C30/37 produceren met een laag klinkergehalte? De ondergrens lag op 70 kilo Portlandcementklinker per m³ beton. Bijkomende eis: een vroege sterkte van 8 à 10 N/mm² na twee dagen. Met zo weinig mogelijk Portlandcementklinker een zo hoog mogelijke sterkte behalen, daar draaide het om. En die doelstelling werd bereikt. Martin Hunger: ‘Het is mogelijk om een beton te ontwikkelen in sterkteklasse C30/37 met ongeveer 70 kg Portlandcementklinker per m³ beton. Rekening houdend met onze jarenlange ervaring met hoogovencementen, is dit resultaat niet zo verrassend. We zitten immers al tegen die ondergrens van 70 kilo per m³ aan. Het optimaliseringsprincipe gaat echter op wereldschaal uitgerold worden.’

Beton met laag klinkergehalte - Carbonatatieproef.
Beton met laag klinkergehalte - Vorst-dooiproef.
Hoe verliep het onderzoek?

Als basis nam het betonlab een bestaande betonsamenstelling die aan de vereisten voldeed. Bedoeling was om die samenstelling te optimaliseren. Dat deed het lab in vijf stappen.

  1. Welke zand/grind-verhouding levert de dichtste packing op?
  2. Verschillende additieven werden getest om het watergehalte zoveel mogelijk te reduceren en de druksterkte te verhogen.
  3. De eerste twee stappen vormden de basis om het volume van het bindmiddel te verminderen (het mengsel werd opgevuld met andere fijne stoffen zoals vliegas of kalksteenmeel).
  4. Hoe bestand is het beton tegen externe invloeden: vorst en dooi, indringing van vloeistoffen en carbonatatie?
  5. Blijft de samenstelling overeind als ze in een betoncentrale geproduceerd wordt? Wat als de levering van zand en grind verandert?