Havenbedrijf Rotterdam heeft een aantal jaren geleden zijn duurzaamheidsambities verwerkt in specifieke CO2-reductiedoelstellingen en deze vertaald naar concrete doelen. Op het gebied van materiaalinnovatie bood beton de grootste kansen voor CO2-reductie. Drie jaar geleden werd daarom de vraag gesteld of het mogelijk zou zijn beton met een 50% lagere CO2-footprint toe te passen in een maritieme omgeving, mét behoud van prestaties in de hoogste milieuklassen. Een pilotproject moest daar antwoord op geven. Het resultaat biedt perspectief voor de toekomst.

Het Havenbedrijf Rotterdam heeft de ambitie de meest duurzame haven ter wereld te zijn, waar klanten succesvol kunnen ondernemen. Die ambitie is vertaald in concrete doelen. Op het vlak van materiaalgebruik is de doelstelling een CO₂-reductie van 25% te realiseren in 2030 en in 2050 klimaatneutraal te zijn. Met name het cement in het beton van kademuren en aanlegsteigers zorgt voor een forse CO₂-uitstoot. Geopolymeerbeton is beton zónder cement, waardoor die uitstoot tot circa 50% kan worden verlaagd. Daarmee kan het een aanzienlijke bijdrage leveren aan de duurzaamheidsdoelstellingen van het havenbedrijf. Ook is de techniek en de beschikbaarheid van het materiaal inmiddels zo ver ontwikkeld dat het in de praktijk kan worden toegepast. Daarom is het bedrijf drie jaar geleden een pilotproject gestart, met als doel een kademuur in dit materiaal te realiseren. De aanpak van het pilotproject werd onderverdeeld in drie fases die opeenvolgend zijn uitgevoerd. Een nieuwe fase kon pas worden gestart na succesvolle afronding van de vorige.

In de eerste fase is uitgebreid betontechnologisch onderzoek uitgevoerd op laboratoriumschaal, waarbij 28 verschillende parameters zijn getest door SGS-INTRON van mengsels met en zonder staalvezels. Die resultaten werden vergeleken met de prestaties van regulier CEM III/B-beton, dat gangbaar is in betonconstructies in de haven. Hieruit bleek dat geopolymeerbeton op basis van hoogovenslak en vliegas in veel aspecten gelijkwaardig of zelfs beter presteerde dan het reguliere beton. Op de afwijkende aspecten waren er qua ontwerp en uitvoeringswijze mogelijkheden om die te beheersen. De volgende laboratoriumtesten zijn uitgevoerd:

Plastische fase

In de plastische fase zijn de volgende parameters getest: schudmaat, zetmaat, volumieke massa, retentietijd en bindtijd. Het meest opvallende uit deze testen was dat het geopolymeerbeton iets sneller leek te verharden. Dit is tijdens de proefstort nogmaals getest en blijkt goed beheersbaar te zijn door het materiaal in beweging te houden in de mixer en daarna met een trilnaald te verdichten in de bekisting.

Mechanische eigenschappen

Bij de mechanische eigenschappen zijn de volgende parameters getest: kubusdruksterkte, kubussplijtsterkte, treksterkte, E-modulus, autogene krimp, uitdrogingskrimp, totale krimp, pull-out test, driepunts-buigtreksterkte (mengsel met staalvezels), vervormingsgestuurde buigtreksterkte (mengsel zonder staalvezel) en dwarskrachtcapaciteit. Het meest opvallende aan deze testen was de hogere autogene krimp, de lagere uitdrogingskrimp en daaruit volgend de 10-20% hogere totale krimp. Verder onderzoek naar dit fenomeen leert dat deze hogere krimp, die op laboratoriumschaal zichtbaar is, in de praktijk niet, of veel minder optreedt, zo blijkt uit metingen na realisatie en periodieke monitoring. Gepubliceerd onderzoek laat zien dat dit komt door onder andere kruip en relaxatie. Daardoor resulteert de hogere autogene krimp niet automatisch in hogere spanningen in het beton. Nader onderzoek op dit punt loopt nog. Bij de overige parameters hebben we vergelijkbare of betere waarden gevonden ten opzichte van regulier beton.

Fysieke eigenschappen

Bij de fysieke eigenschappen zijn de volgende parameters getest: Thermische uitzetting, carbonatatie, chloride-indringsweerstand, alkalisilicareactie (ASR), sulfaaten zeewaterbestendigheid, twee electroden-meting (TEM), bestandheid tegen vorst-dooizout en vloeistofdichtheid. Wat hier opviel was de hogere thermische uitzettingscoëfficiënt, een diepere carbonatatie en een lage chloridediffusiecoëfficiënt. In het monitoringsprogramma wordt het verloop van de natuurlijke carbonatatie van het materiaal gevolgd, maar doordat de pH van het poriewater op een niveau van pH 10-11 blijft, corrodeert het wapeningsstaal niet (de passiveringslaag blijft intact). Nader onderzoek en monitoring van de chloride-indringing leert dat deze dermate laag is en dat de kans op wapeningscorrosie gedurende de ontwerplevensduur van honderd jaar substantieel lager is dan bij regulier CEM III/B beton.

Uitlooggedrag

Bij het uitlooggedrag zijn er kolom -en uitspoelproeven gedaan om de mate van recyclebaarheid te toetsen, voor het moment waarop de constructie ooit zou worden gesloopt. Uiteindelijk vallen de resultaten van alle testen binnen het kader van het Besluit Bodemkwaliteit. Voor colloïdale toepassingen is geopolymeerbeton nog niet geschikt, omdat er nog geen hulpstof voor beschikbaar is. In tabel 1 zijn de resultaten van de laboratoriumtesten, de vergelijking met de waardes van regulier beton en de verwachte waarden uit de Eurocode 2 samengevat. De resultaten zijn gedeeld met de CUR-commissie Geopolymeerbeton en de Proeftuin constructief Geopolymeerbeton van Rijkswaterstaat.