Een belangrijke mogelijkheid voor de reductie van CO2-emissies van beton is de verlaging van het klinker- en cementgehalte, door optimalisatie van de betonsamenstelling. Het gaat daarbij onder andere om het benutten van de doorgroei in sterkte en om uitbreiding van de inzet van versnellers en plastificeerders. Maar ook de optimalisatie van de korrelpakking biedt interessante mogelijkheden. In dit artikel gaan we in op dat laatste, waarbij we enkele concepten beschrijven en een eenvoudig in de praktijk te gebruiken model toelichten.

Er is weinig informatie beschikbaar over praktijkervaringen met de toepassing van korrelpakkingsmodellen. Er is wel veel literatuur over onderzoeken op laboratoriumschaal, waarvan de resultaten veelbelovend zijn. Het Uitvoeringsteam Roadmap CO₂-reductie van het Betonakkoord heeft in 2019 ingeschat dat met gebruikmaking van korrelpakkingsmodellen gemiddeld een besparing van 10 kg cement per m³ beton haalbaar moet zijn. deze inschatting is voor 2030 ook opgenomen in de Roadmap CO₂-reductie voor cement en beton in Nederland (zie kader). Uitgaande van hoogovencement CEM III/A, als representatief voor het landelijk gemiddelde CO₂-profiel van alle toegepaste cementen en vulstoffen, levert dit een besparing op van 4,5 kg CO₂ per m³ beton. Op een totaal (langjarig gemiddeld) betonvolume van 15.000.000 m³ levert dit een jaarlijkse besparing op van 67.500 ton CO₂. Dat komt overeen met 1,6% van de totale emissie van de betonketen in 1990.

Een besparing van 10 kg cement per m³ beton komt grofweg neer op een verlaging van de waterbehoefte door optimalisatie van de korrelpakking met ongeveer 5 liter per m³ beton. als je bedenkt dat tussen de voor de betontechnoloog bekende ontwerpgebieden A-B en A-C (of I en II) ongeveer 20 liter water verschil in waterbehoefte kan zitten, lijkt 5 liter water makkelijk haalbaar. Maar optimalisatie van de korrelpakking is natuurlijk al dagelijkse praktijk voor de betontechnoloog, alhoewel op basis van graderingsgebieden. Verdere optimalisatie vraagt om meer metingen aan de toeslagmaterialen en mogelijk ook om meer opslagruimte voor verschillende typen toeslagmaterialen. Daar staat natuurlijk tegenover dat een besparing in waterbehoefte een besparing op cement en daarmee ook een verlaging van de milieukosten oplevert.

Holle ruimte
Verse betonspecie bestaat grofweg uit toeslagmaterialen en cementlijm (cement en water). Het toeslagmateriaal, meestal zand en grind, neemt met gebruikelijk ruim 70% veruit het grootste volume in. De ruimte die overblijft tussen de zand- en grindkorrels moet volledig worden opgevuld met cementlijm, omdat holle ruimtes nadelig zijn voor de druksterkte en de levensduur. Hoe minder holle ruimtes, hoe minder cementlijm er nodig is. De korrelgrootteverdeling van het toeslagmateriaal moet dus zodanig zijn dat de ruimtes tussen de grootste korrels worden opgevuld door kleinere korrels en de daarbij ontstane ruimtes weer door nog kleinere korrels, net zo lang totdat er alleen nog ruimtes zijn tussen de allerkleinste korrels toeslagmateriaal die worden opgevuld door cement en water. Het principe wordt tweedimensionaal weergegeven in figuur 1.