30 JA AR ONDERZOEK NA AR EINDVERBRUIK VAN CEMENT EN BETONMORTEL EN REL ATIE MET DUURZA AMHEID De cement- en betonmortelindustrie registreren sinds 1989 het eindverbruik van cement en betonmortel. Dit levert een goed beeld van de ontwikkelingen in de afgelopen dertig jaar. Wat zijn de trends in onder meer sterkteklassen, milieuklassen en gebruik bindmiddel? En wat zeggen deze resultaten over de ambities op het gebied van duurzaamheid? Duurzame trends in betonmortel H et terugdringen van de CO 2-uitstoot is een van belangrijke aandachtspunten in de betonmortelindustrie. Het meest recente betonmortelonderzoek, uitgevoerd in 2020, wekte de nieuwsgierigheid of er al trends zichtbaar zijn die duiden op minder CO 2-uit- stoot. Die conclusie kan nog niet worden getrokken. Zo neemt het cementgebruik toe. Wel neemt ook de toepassing van het CO 2- vriendelijkere hoogovencement iets toe. Maar met een percentage van 96% zit daar nauwe- lijks nog groei in. Voordat wordt ingegaan op hoe er winst is te behalen als het gaat om CO 2-uitstoot, eerst de belangrijkste bevindingen uit het onderzoek. BEL ANG VAN HET ONDERZOEK Eind jaren tachtig zijn de cementindustrie (voorheen VNC en het ement&BetonCentrum, nu Betonhuis Cement) en de betonmortelin- dustrie (Betonhuis Betonmortel) gestart met een onderzoek naar het eindverbruik van cement en betonmortel (betonmortel is betonspecie, geleverd door een betoncentrale, dus voor ter plaatse gestort beton). Inzicht in kwantitatieve informatie op landelijk en regio- naal niveau is namelijk van belang voor selec- teren en bepalen van marketingactiviteiten. Ook ontwikkelingen op langere termijn in het gebruik van cement en betonmortel zijn van belang voor de positie van deze bedrijfstakken. Zo kunnen de bij Betonhuis aangesloten cement- en betonmortelbedrijven deze infor- matie gebruiken als benchmark naast hun eigen bedrijfsgegevens op betontechnologisch gebied. WEBINAR DUURZAME TRENDS IN BETONMORTEL Op 3 december 2020 organiseerden Betonhuis en Betoniek voor leden en lezers een webinar waarin trends over de afgelopen jaren werden belicht en vooruit werd gekeken naar ontwikke- lingen en innovaties in beton. Presentaties werden gegeven door Wim Kramer (Betonhuis) en Niki Loonen (ABT). In dit artikel worden de belangrijkste punten uit dat webinar toegelicht. 1 Betonmortel gewapend met r vs-vezels, foto: Remco Kerkhoven 21 VAKBL AD 2 2021 Auteurs Wim Kramer en Remco Kerkhoven, Betonhuis ? Niki Loonen, ABT Betoniek VB 1-2021_3-betonmortelonderzoek.indd 21Betoniek VB 1-2021_3-betonmortelonderzoek.indd 21 15-03-21 12:2515-03-21 12:25 STERK TEKL ASSEN Van de leveringen volgens NEN-EN 206/NEN 8005 is in 2020 31% geleverd in sterkteklasse C20/25 en 42% in sterkteklasse C30/37. Sinds 2008 is er een trend waar te nemen naar hogere sterkteklassen (fi g. 2). Er vindt een verschui- ving plaats van toepassing van C20/25 naar zowel C25/30 als C30/37. Een mogelijke verklaring voor deze trend is dat het aandeel betonmortel in de agrarische bouw en het aandeel in GW W-werken is toege- nomen. In deze marksegmenten worden vaak hogere sterkteklassen toegepast, mede bepaald door de milieuklasse. Ook in gebou- wen voor (slanke) kolommen en plaatfunde- ringen van hoogbouw worden steeds hogere sterkteklassen toegepast. Overigens hebben hogere sterkteklassen weliswaar een hoger gemiddeld cementgehalte ? wat gepaard gaat met een hoger CO 2-gehalte ?, maar omdat daarmee in sommige gevallen wapening en betonvolume kan worden bespaard, kan er wel sprake zijn van een netto CO 2-besparing. MILIEUKL ASSEN In de periode 1990 tot 2005 werd ruim 60% van de betonmortel geleverd in milieuklasse 2 (VBT); circa 15% in milieuklasse 1 en de rest verdeeld over milieuklasse 3, 5b en 5d. In deze periode was hierbinnen nauwelijks een ver- schuiving zichtbaar. Met de uitbreiding van de reeks milieuklassen in NEN-EN 206/NEN 8005, die rond 2005 is geïmplementeerd en sinds ONDERZOEKSOPZET Het betonmortelonderzoek vindt om de drie jaar plaats en is tot nu toe uitgevoerd door RenM Matrix uit Maastricht. De informatie wordt verkregen door om de drie jaar, bij een representatieve steekproef uit alle betonmortelcentrales in Nederland, gedurende één of meer dagen, de technologische en toe- passingsgegevens te registreren van elke levering betonmortel die in de betreff ende periode met een truckmixer wordt vervoerd. Met behulp van een digitaal systeem worden de gegevens van de beton- samenstelling en de toepassing ervan op de bouwplaats vastgelegd. De opzet van het onderzoek in 2020 was gericht op de registratie van alle ritten gedurende drie aaneengesloten werkdagen. Dat is deels gebeurd met realtimeveldwerk met behulp van een onlinemodule en deels vanuit het centrale datasysteem van de betreff ende betoncentrales. In totaal zijn circa 3400 ritten geregistreerd. Globaal komt dit neer op 55% van de markt, waarmee het onderzoek als representatief kan worden gezien. 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% C12/15 C20/25C25/30C28/35C30/37C35/45C45/55C53/65C55/67C60/75 mei 2008 mei 2011 mei 2014 mei 2017 april 2020 Sinds 2008 is er een trend waar te nemen naar hogere sterkteklassen 3 Verdeling betonmortel naar sterkteklassen in procenten van mei 2008 tot april 2020 2 Proef met monoliet afwerken van duurzame betonmengsels 22 VAKBL AD 2 2021 Betoniek VB 1-2021_3-betonmortelonderzoek.indd 22Betoniek VB 1-2021_3-betonmortelonderzoek.indd 22 15-03-21 12:2515-03-21 12:25 2008 in het onderzoek wordt gehanteerd, kan per bouwdeelniveau de maatgevende milieu- klasse worden bepaald. Dat bemoeilijkt het signaleren van trends binnen de milieuklassen door de grote verscheidenheid er van. In 2020 zijn de milieuklassen XC1 t/m XC4 goed voor 70% van alle geregistreerde leveringen van betonmortel volgens NEN-EN 206 (fig. 4). Hierbinnen stijgt het aandeel XC1 en XC4 en daalt het aandeel XC2 en XC3. Verder vertoont ook XF4 een stijging, waarschijnlijk toe te schrijven aan een toegenomen aandeel beton- mortel in GW W-werken. CEMENTGEHALTE Het gemiddelde cementgehalte in betonmortel is in de periode 1990-2005 gedaald van 325 kg/m 3 naar 306 kg/m 3. De introductie en gebruik van attestbeton vanaf begin jaren negentig is hier mede de oorzaak van. Andere mogelijke oorzaak is de verdergaande automa- tisering op de centrales ? men kan de betonsa- menstellingen finetunen door 'aan de knoppen te draaien'. Het effect van betere plastificeer - ders, wat leidt tot lagere watergehalten en dus cementgehalten, zit hier dus in verdisconteerd. In 2008 neemt het cementgehalte weer toe tot 316 kg/m 3. Na een korte terugval stijgt het cementgehalte verder tot 330 kg/m 3 in 2020 (fig. 5). Dit laatste kan worden verklaard door het eerdergenoemde gebruik van hogere sterkteklassen. Wel geldt dat het gemiddelde cementgehalte per sterkteklasse in de jaren nagenoeg constant is gebleven. Ook speelt de trend dat de consistentie van de betonspecie alsmaar toeneemt, wat vaak meer water en daarmee meer cement vraagt. Over de verschillende sectoren bestaat een gedifferentieerd beeld van het gemiddelde cementgehalte. Zo is dit gehalte in de woning - bouw sinds 1996 nagenoeg constant, rond de 300 kg/m 3. Dat geldt ook voor de bouwdelen er van, zoals fundering, vloer en wand. Bij andere bouwsectoren is de marge van het gemiddelde cementgehalte groter, doordat het scala aan gebouwtypen en toepassingen beduidend groter is. In deze sectoren is een toename van het cementgebruik te verklaren 0% 10% 20% 30% onb X0XC1 XC2 XC3 XC4 XD1 XD2 XD3 XS1 XS2 XS3 XF1 XF2 ml XF2 XF3 XF4 ml XF4 X A1 mei 2008 mei 2011 mei 2014 mei 2017 april 2020 zl zl X A2 X A3 4 Verdeling betonmortel naar maatgevende milieuklassen volgens NEN-EN 206/NEN 8005 Het gemiddelde cementgehalte in betonmortel is gestegen tot 330 kg/m 3 in 2020 311 313 306 316 303 313 315 330 335 330 325 320 315 310 305 300 295 290 285 1999 2002 2005 2008 2011 2014 2017 2020 Gemiddeld cementgehalte in betonmortel [kg/m� ] 5 Gemiddeld cementgehalte van 1999 tot 2020 23 VAKBL AD 2 2021 Betoniek VB 1-2021_3-betonmortelonderzoek.indd 23Betoniek VB 1-2021_3-betonmortelonderzoek.indd 23 15-03-21 12:2515-03-21 12:25 door een verschuiving in aandelen betonmor- tel per bouwsector/bouwdeel en/of dat er een hogere sterkteklasse wordt vereist per bouw - deel. Verder blijkt dat het gemiddelde cement - gehalte per milieuklasse hoger is dan in de norm is voorgeschreven. Voor het cementge - halte zijn eerder de eisen ten aanzien van sterkte of water-cementfactor bepalend. TOESL AGMATERIA AL Tot 2005 bestond het grof toeslagmateriaal in betonmortel voor het overgrote deel (95%- 99% van alle leveringen) uit rivier- of zeegrind. Het gebruik van beton- of menggranulaat was zeer beperkt (< 1%). Vanaf 2008 wordt ook kalksteen en vanaf 2014 ook ballastgrind als grof toeslagmateriaal in betonmortel gebruikt. Het gebruik van betongranulaat neemt in 2011 toe tot 2% en in 2014 tot 5%. Dat blijft daarna redelijk constant (fig. 7). Riviergrind blijft anno 2014 met 68% nog wel het meest toegepaste grof toeslagmateriaal, maar dit percentage ligt aanmerkelijk lager dan uit de eerdere onder - zoeken is gebleken. Het gemiddelde gehalte grof toeslagmateriaal bedraagt ? voor de tij- dens het onderzoek in 2020 afgeleverde betonmortel ? 975 kg/m 3. Dit gehalte is geba- seerd op het gebruik van één of meer grove toeslagmaterialen in het mengsel. HULPSTOFFEN Het gebruik van hulpstoffen in betonmortel heeft een directe relatie met de gewenste con- sistentie en de wijze waarop het op de bouw - plaats wordt verwerkt. In 98% van de ritten met betonmortel is één of meer hulpstoffen toege - voegd (fig. 8). De plastificeermiddelen nemen 87% van het gebruik van hulpstoffen voor hun rekening. Opvallend is het afgenomen gebruik van turboplasten ten gunste van superplasten. Een belangrijke factor voor het gebruik van hulpstoffen is de toename van het verpompen van het betonmortel op de bouwplaats. Dit verpompen is sinds 1999 de meest toegepaste methode om betonmortel vanuit de truckmixer op de gewenste plaats te krijgen (in plaats van onder meer beton uit de kubel of rechtstreeks uit de mixer). In 2020 was het aandeel bijna 85% (fig. 8). CO 2-REDUCTIE Uit de genoemde trends blijkt nog niet direct dat er sprake is van een trend richting minder CO 2-uitstoot. Overigens blijkt uit het branche - verslag uit 2018 dat er wel sprake is van een daling per m 3 betonmortel. In 2017 ruim 7% minder dan in 2012. Dit brancheverslag is beschikbaar op www.betonhuis.nl (binnenkort verschijnt een nieuwe editie). Los van de trends en de cijfers: mogelijkheden om de CO 2-uitstoot te verlagen, zijn er steeds meer. Een groot deel van deze mogelijkheden komt voort uit de handelingsperspectieven van het uitvoeringsteam CO 2-reductie van het Betonakkoord. In totaal zijn er 28 perspectie - ven opgenomen in een Road Map, waarmee de betonsector de doelstelling van 49% CO 2- reductie in 2030 kan halen. Deze zijn gegroe - peerd rond verschillende thema's van het betonakkoord. Een groot deel van de perspec - tieven is nu al toepasbaar: ? Verbeteren van de korrelpakking ? Versnellers toepassen ? Benutten doorgaande sterkteontwikkeling ? Oversterkte gebruiken Korrelpakking Met het verbeteren van de korrelpakking van betonspecie, de stapeling van alle korrelach- tige materialen in het mengsel, kan de water - 83 10 56 77 15 100 80 60 40 200 Riviergrind ZeegrindBetongranulaat Gebruik grof toeslagmateriaal naar type (%) 2017 2020 42 55 6168 7688 82 36 48 47 47 5561 65 120 100 80 60 40 200 1996 1999200220052008 2011 2014 20172020 Gebruik hulpstoen in relatie tot aandeel verpompen van betonmortel [%] 98 85 85 83 gebruik hulpstoenaandeel verpompen 7 Toepassing toeslagmateriaal in 2017 en 2020 8 Trend in het gebruik van betonpompen en hulpstoffen 6 Natruinsulfaalt als 'versneller' van hoogovencement (alkalische activatie) 24 VAKBL AD 2 2021 Betoniek VB 1-2021_3-betonmortelonderzoek.indd 24Betoniek VB 1-2021_3-betonmortelonderzoek.indd 24 15-03-21 12:2515-03-21 12:25 behoefte worden verlaagd, waardoor ook minder cement kan worden gebruikt (voor dezelfde milieuklasse en verwerkbaarheid). Versnellers In koude periodes wordt nog veel gebruikge- maakt van een verhoging van de dosering portlandcement (kwartje C), omdat dat sneller verhardt. Met versnellers of het doseren van heet water kan dit (deels) worden vermeden. Benutten doorgaande sterkteontwikkeling Vooral bij hogere sterkteklassen wordt er vaak voor een lagere water-cementfactor gekozen dan voor de milieuklasse nodig is. Dit vergt extra cement, maar bij veel constructieonder - delen is de hoge sterkte pas veel later dan na 28 dagen nodig. Dat terwijl de sterkte ook na die 28 dagen blijft toenemen. Hier van kan gebruik worden gemaakt door te rekenen met 91- of 180-daagse sterkte, waarmee op het cement kan worden bespaard. Oversterkte gebruiken Andersom geldt dat bij hogere milieuklassen met een water-cementfactor van 0,50 of 0,45 de sterkte na 28 dagen vaak aanzienlijk hoger is dan de gevraagde sterkteklasse. Door daarover als betonproducent de dialoog met aannemers en constructeurs aan te gaan, kan bewustzijn worden gecreëerd. Hierdoor kunnen ontwerpen hier beter op worden afgestemd, zodat minder beton kan worden toegepast. ALTERNATIEVE TOESL AGMATERIALEN EN BINDMIDDELEN De genoemde maatregelen zijn zoals gezegd op korte termijn toepasbaar. Er zijn ook mogelijkhe - den die binnen de huidige kaders nog niet direct zijn te implementeren in betonmortel en waarbij onderzoek en nieuwe richtlijnen nodig zijn. Zo heeft betonmortel de potentie materiaal uit diverse reststromen te gebruiken. Dit komt de circulariteit van nieuw beton zeker ten goede. Materialen en ontwikkelingen die daarbij spelen: ? Materialen uit de slimme breker / smart crusher ? Betongranulaat (gewassen) ? Brekerzand ? Zand uit baggerspecie ? Granuliet Daarnaast zullen er in de komende jaren nieuwe bindmiddelen en vulstoffen beschik - baar komen met een lagere CO 2-uitstoot. Daarbij valt te denken aan: ? Gecalcineerde klei ? Belite cement ? Tr a s ? Solidia ? A scem-cement ? Gerecycled cement ? Bodemas In combinatie met de alternatieve bindmiddelen is de ontwikkeling van alkalische activatie en geopolymeerbeton voor specifieke toepassin- gen gaande. In feite zijn het bestaande hoog- ovencement en portlandvliegascement al oude voorbeelden van bindmiddelen met een lage CO 2-uitstoot. Bij de productie hier van worden reststoffen ingezet (vrijkomend bij resp. ruwij- zerproductie en elektriciteitsproductie in kolen- gestookte elektriciteitscentrales). Uit het eer - der besproken betonmortelonderzoek blijkt evenwel dat meer dan 95% van het in Nederland toegepaste cement in betonmortel al hoog- ovencement is. Hierdoor is Nederlands beton- mortel al een van de meest duurzame beton- soorten ter wereld. Veel winst is daar dus niet te halen. Bovendien vormt het totale volume aan hoogovenslak in de wereld slechts ongeveer 10% van de totale behoefte aan cement. Het aandeel aan geschikte vliegassen is wereldwijd in dezelfde orde van grootte. De verwachting is verder dat op termijn het aanbod van zowel slak als poederkoolvliegas zal afnemen. Door de schaarste van hoogovenslak kan over - wogen worden die in de toekomst vooral toe te passen waar die écht nodig is, zoals bij con - structies die aan agressieve stoffen of (dooi) zouten worden blootgesteld. Alternatieve bind - middelen kunnen het beste als eerste worden toegepast bij beton in droge condities of bij niet-constructief beton (of betonwaren). Als dat op grote schaal gebeurt en de beschikbaar - heid niet te veel afneemt, zou hoogovenslak beschikbaar komen voor de prefab-betonin - dustrie die nu nog veel met portlandcement werkt. Doordat in de prefab-betonindustrie beter (dan bij betonmortel) met agressieve stoffen als natronloog en hoge specie- en ver - hardingstemperaturen kan worden gewerkt, kan daar dan ook de transitie naar bijvoorbeeld geopolymeerbeton worden gemaakt. Daarbij kan hoogovenslak een belangrijk transitiebind - middel vormen richting toepassing van alter - natieve bindmiddelen. De stap van portlandce - ment naar geopolymeerbeton lijkt zonder tussenstappen namelijk te groot. Al met al is de verwachting dat het aandeel port - landcementklinker wereldwijd steeds verder zal afnemen. Daarmee neemt ook de CO 2-uitstoot van het beton af. Voor het toepassen van zand-, grind- en cementver vangers zal beton in toene - mende mate worden gecertificeerd en geattes - teerd. De normen en richtlijnen moeten daar voor een deel nog op worden aangepast. Meer over de mogelijkheden tot CO 2-reductie staat in het artikel CO 2-reductie: opties voor cement. TRENDS Ruim dertig jaar onderzoek naar het eindgebruik van cement en betonmortel heeft de betonmor - telindustrie veel informatie opgeleverd, zoals de trends die in dit artikel zijn beschreven. De ont - wikkelingen in de industrie, zoals het gebruik van cement en andere bindmiddelen, toepassing van betongranulaat, hulp- en vulstoffen worden hiermee zichtbaar en kwantificeerbaar gemaakt. Ook de trends in onder andere de verschuiving naar hogere sterkteklassen is van invloed op het cementgebruik. DISCUSSIE TIJDENS WEBINAR: TEKORT A AN HOOGOVENSL AK Eén van de punten die ter sprake kwam tijdens het webinar, was het mogelijke tekort aan hoog - ovenslak. Hoogovenslak is een restproduct dat vrijkomt bij de productie van ruwijzer, en de gegranu- leerde hoogovenslak is de voornaamste grondstof voor hoogovencement. Het tekort is onder meer ontstaan door de coronacrisis. Die heeft de Europese staal- en auto-industrie hard getroffen. De drastisch lagere verkoop van auto's heeft geleid tot een daling van de vraag naar staal, met als gevolg een lagere staalproductie en hierdoor een lager aanbod van gegranuleerde hoogovenslakken. De bij Betonhuis aangesloten betoncentrales zijn allemaal gecertificeerd en hebben de kennis en flexibi - liteit in huis om accuraat de betonrecepturen geschikt te maken voor de toepassing zonder gebruik te maken van hoogovencement. Een andere receptuur vraagt een andere behandeling bij het storten, ver - werken en nabehandelen. Dit is belangrijk om te weten in het voortraject en tijdens de uitvoering. 25 VAKBL AD 2 2021 Betoniek VB 1-2021_3-betonmortelonderzoek.indd 25Betoniek VB 1-2021_3-betonmortelonderzoek.indd 25 15-03-21 12:2615-03-21 12:26