auteur ing. Peter de Vries, FICT ENCI B.V. Resultaten eerste praktijktesten Geopolymeerbeton, warm(te) aanbevolen Gevoed vanuit een toenemende ambitie betonproducten te 'vergroenen', wordt de roep om geopolymeerbeton steeds dui- delijker. In Betoniek Vakblad 2015/2 is al uitgebreid stilgestaan bij wat geopolymeren zijn en wat op dat moment de ervaringen waren met deze nieuwe betonsoort. Maar de ontwikkelingen gaan door. Nieuwe betonproducten op basis van een geopoly- meerbindmiddel worden geïntroduceerd en diverse opdrachtgevers dagen de markt uit om met alternatieven voor cementbeton te komen. Ook is er regelgeving in voorbereiding. Projecten met geopolymeerbeton ENCI is de afgelopen jaren betrokken bij verschillende projecten waar de prakti- sche mogelijkheden van geopolymeren nader zijn onderzocht. Van twee projecten zijn inmiddels vrij veel resulta- ten bekend: ? De vervaardiging van grondkerende L-elementen, in het werk gestort. Een project met Van Hattum en Blankevoort in samenwerking met Mebin. De elementen zijn tijdelijk geplaatst langs de A10 Zuid. ? De vervaardiging van voorgespannen kanaalplaatvloeren. Een project in samenwerking met VBI. Beide projecten zijn intensief begeleid door medewerkers van HeidelbergCement Technology Center. Het zijn twee pro- jecten die qua toepassing nogal ver van elkaar afstaan. De grondkerende L- elementen zijn in het werk gestort en de voorgespannen kanaalplaatvloeren zijn vervaardigd volgens het slipform- principe met aardvochtige betonspecie. Beide projecten hadden dan ook hun eigen prestatie-eisen (tabel 1). Toch is ervoor gekozen de projecten in dit artikel gezamenlijk te behandelen en juist de verschillen op het gebied van verwerk- baarheid, sterkte en duurzaamheid te laten zien. De elementen bij het project met de L-elementen zijn vervaardigd met een geopolymeerbindmiddel met een droge activator en een natte activator. Er is voor gekozen een referentiebeton mee te nemen. Bij de vervaardiging van de kanaalplaat- vloeren is het storten van een referentie- beton niet aan de orde. VBI produceert dagelijks vergelijkbare kanaalplaatvloeren, dus referenties zijn er in overvloed. Besloten is de kanaalplaatvloeren te ver- vaardigen met een droge activator die vooraf tezamen met de droge basis- grondstof is gemengd. De kant-en-klare binder is per bulkauto aangeleverd en in een grondig schoongemaakte silo geblazen. Na uitgebreid geschiktheidsonderzoek zijn de samenstellingen vastgesteld (tabel 2). Onderzoek Bij beide projecten was het hoofddoel de vervaardiging van geopolymeerbeton te onderzoeken. De nadruk bij het geschikt- heidsonderzoek voorafgaand aan de uitvoering van beide projecten lag dan ook met name bij de verwerkbaarheid én de 'open tijd' en de vereiste sterkteont- wikkeling. Aanvullend is ook onderzoek Wat is geopolymeerbeton ook alweer? Een goede toelichting op wat er nu precies onder geopoly- meren of geopolymeerbeton wordt verstaan, staat in de ge- noemde publicatie in Betoniek Vakblad [1]. In dit artikel wordt volstaan met de vaststelling dat wanneer er in Nederland wordt gesproken over geopolymeren of geopolymeerbeton, het gaat om alkalisch geactiveerde bindmiddelen. De basis van het bindmiddel wordt gevormd door slakken die vrijko- men bij diverse industriële processen (zoals hoogovenslak) en puzzolane vulstoffen (zoals poederkoolvliegas). De activatie gebeurt nu niet, zoals bij cementbeton door het bijmengen van portlandcementklinker, maar door toevoeging van een sterke alkalische activator. Deze activatoren kunnen zowel in poedervorm als in vloeistof worden gedoseerd. De keuze van de basisgrondstof in combinatie met de activatoren zijn sterk bepalend in de prestatie van het geopolymeerbeton. Dag van de Betontechnologie Op de Dag van de Betontechnologie heeft Peter de Vries een lezing gehouden over geopolymeerbeton. Dit artikel is een afspiegeling van die lezing. 18 VAKBLAD I 1 2017 18_ Geopolymeren.indd 18 20-03-17 15:34 gedaan naar andere mechanische en duurzaamheidseigenschappen. Verwerkbaarheid L-elementen De grote uitdaging bij de vervaardiging van geopolymeerbeton in een normale betoncentrale (in dit geval dus bij de L-elementen) is de beschikbare 'open tijd' (de tijd waarbinnen het beton ver- werkbaar is). Aanvankelijk ging dat bij de proef met de droge activator verkeerd. Er trad ernstige vertraging op bij het doseren van de droge binder. Hierdoor was een groot deel van de open tijd ver- streken op het moment dat de truckmixer op de verwerkingsplaats arriveerde. In eerste instantie is de verwerkbaarheid nog gecheckt en in orde bevonden. Echter, na tien minuten verwerken moest het storten van de L-elementen worden afgebroken omdat de geopoly- meerbetonspecie van het éne op het andere moment niet meer te verwerken was [1]. Door extra perslucht op de silo's en de inzet van een tweede truckmixer, dus een kortere wachttijd tijdens het laden, verliep het doseren, mengen en brengen sneller en zijn de L-elementen uiteinde- lijk volgens schema gestort. Punt van aandacht is wel de enorme kleverigheid van de betonspecie. Met name het mengsel met de 'natte' activator bleef aan het inwendige van de ketel van de truckmixer hangen en het weer schoon- maken kost vrij veel energie. Kanaalplaatvloeren De vervaardiging van kanaalplaatvloe- ren kent een geheel eigen proces. Naast het geschiktheidsonderzoek waarin de sterkteontwikkeling maatgevend is, is onderzoek naar de verwerkbaarheid minstens zo belangrijk. Met de kant-en- klare binder zijn voorafgaand aan de productie verwerkings- en met name verdichtingsproeven gedaan met een zogenoemde IC-tester. Dit betreft een proef waarbij aardvochtige betonspecie in een soort proctorcilinder op een dynamische wijze wordt verdicht. Met deze proef kan het mengsel worden geoptimaliseerd ten aanzien van het pastagehalte en de korrelverdeling. Bij de daadwerkelijke productie moest de stortmachine, die in één keer het profiel van de kanaalplaatvloer vormt en verdicht (volgens het slipform- systeem), duidelijk wennen aan het nieuwe materiaal. Gedurende de eerste tientallen meters was het resultaat niet van al te beste kwaliteit (foto 1). Op zo'n moment komt het aan op het vak- manschap van het productiepersoneel in samenspraak met de betontechno- loog om het mengsel bij te stellen. Door verandering van de verhouding grof versus fijn toeslagmateriaal en aanpas- sing van het watergehalte is uiteindelijk een acceptabele kanaalplaatvloer geproduceerd (foto 2). 2 Opstartproblemen overwonnen Tabel 1 Prestatie-eisen geopolymeerbeton in de twee beschreven projecten L-elementenkanaalplaatvloeren sterkteklasse C35/45C45/55 druksterkte vóór voorspannen [MPa] na 5 uur ?25 na 24 uur ?35 druksterkte vóór ontkisten na 48 uur [MPa] 15? verwerkbaarheid vloeimaat F4 (490-550 mm) C0 / C1 open tijd [min] 9045 Tabel 2 Samenstellingen geopolymeerbeton van de twee beschreven projecten grondstof project vervaardiging L-elementen kanaalplaatvloeren referentie droge activatornatte activator droge activator CEM I 52,5 R [kg/m 3] 70 ? ?? CEM III/B 42,5 N [kg/m 3] 280 ? ?? binder, inclusief activatoren en vertrager [kg/m 3] ? 400 450 370 hulpstof [kg/m 3] 0,7 ? ?? effectief water [kg/m 3] 158 136 124 115 wcf/wbf 0,46 0,4 0,35 0,31 toeslagmateriaal [kg/m 3] 1895 1870 1870 1918 D max [mm] 32 32 32 14 1 Opstartproblemen bij de vervaardiging van de kanaalplaatvloer 19 VAKBLAD I 1 2017 18_ Geopolymeren.indd 19 20-03-17 15:34 verdichten afgedekt met plastic folie en gedurende twee dagen, bij de beton- centrale, buiten onder een afdak bewaard. De eerste dagen zijn deze proefstukken dus blootgesteld aan de heersende dag-/nachttemperaturen. Vervolgens zijn de proefstukken ver- voerd naar het betonlaboratorium van ENCI in Rotterdam. Niet alle proefstukken konden, door onvoldoende sterkteont- wikkeling, al na twee dagen worden ontkist en moesten langer in de mal blijven. Om uitdroging te voorkomen, zijn de proefstukken direct na ontkisten ingepakt bewaard bij 20 °C. Kanaalplaatvloeren De proefstukken behorende bij de kanaalplaatvloeren zijn na vervaardiging gedurende de eerste 24 uur bewaard op de baan van de kanaalplaatvloer en toe- gedekt met een isolerende deken. Deze proefstukken hebben min of meer een- zelfde temperatuurcyclus doorlopen als de kanaalplaatvloer zelf. Sterkteontwikkeling De sterkte van beton is misschien wel de belangrijkste parameter. Van belang is dat de betonsterkte nauwkeurig en reproduceerbaar kan worden gemeten. Een groot aantal andere betoneigen- schappen zijn van de sterkte afgeleid. Voor geopolymeerbeton is dat niet anders. L-elementen Figuur 4 geeft de sterkteontwikkeling weer van het geschiktheidsonderzoek voor de L-elementen. De figuur laat zien dat het geopolymeerbeton nét niet vol- doet aan de gevraagde sterkteklasse na 28 dagen. Ook de vereiste ontkistings- sterkte na twee dagen werd niet gehaald onder de laboratoriumcondities van 20 °C/100% RV. Het referentiebeton scoorde op alle tijdstippen beter. Wel wordt duidelijk dat onder deze omstan- digheden ook het geopolymeerbeton een gestage doorgroei van sterkte laat zien. De resultaten van de proefstukken gemaakt tijdens de productie van de L-elementen blijven duidelijk achter bij het geschiktheidsonderzoek (fig. 5). 0 10 20 30 40 50 60 70 2 d 7 d28 d 56 d druksterkte [MPa] leeftijd referentie beton GP droog bindmiddel systeem GP nat bindmiddel systeem 0 10 20 30 40 50 60 70 2 d 7 d28 d 91 d druksterkte [N/mm²] leeftijd referentie droog bindmiddel droog bindmiddel nat bindmiddel 3 Hechting van geopoly- meerbeton aan de sta- len mal 5 Resultaten prak- tijkproef vervaar- diging L-elemen- ten 4 Sterkteontwikke- ling geschikt- heidsonderzoek L-elementen Proefstukken Gelijktijdig met de vervaardiging van de L-elementen en de kanaalplaatvloeren zijn bij beide projecten proefstukken vervaardigd om zowel mechanisch als duurzaamheidsonderzoek uit te voeren. Een punt van aandacht is het te gebrui- ken ontkistingsmiddel in combinatie met geopolymeren. In eerste instantie zijn de stalen mallen ingeolied met een gebruikelijk ontkistingsmiddel (SIKA AR1). Door de sterke hechting van het geopolymeerbeton aan de stalen mal- len, ging het ontkisten moeizaam en raakte vooral de onderkant van de proefstukken ernstig beschadigd. Vaseline blijkt een beter losmiddel te zijn. L-elementen De proefstukken, gemaakt op de beton- centrale, zijn direct na het storten en 20 VAKBLAD I 1 2017 18_ Geopolymeren.indd 20 20-03-17 15:34 Een belangrijke oorzaak is hierbij de opslagcondities gedurende de eerste dagen. De proefstukken van het refe- rentiebeton zijn verhard bij een gemid- delde etmaaltemperatuur van 19 °C. De gemiddelde etmaaltemperatuur waarbij de proefstukken en de elementen van geopolymeerbeton moesten verharden, kwam niet boven de 13 °C uit. Ook het ontkisten van de L-elementen liep daar- door een paar dagen vertraging op. De proef van het storten van de elementen met de droge activator is weliswaar door onvoldoende verwerkbaarheid afgebroken, maar de proefstukken zijn wel allemaal vervaardigd. Bij een herhaling van de proef met droge activator is dus een dubbel aantal proefstukken verkregen, aangeduid als droge binder 2A en 2B. Het grote verschil in sterkte- ontwikkeling tussen de beide mengsels met de droge activator (2A en 2B) is veroorzaakt door een onverwacht hoog vochtgehalte in het fijne toeslag - materiaal tijdens de tweede proef (2B). Kanaalplaatvloeren Het geschiktheidsonderzoek naar de sterkteontwikkeling van het geopoly- meerbetonmengsel voor de kanaal- plaatvloeren laat het effect zien van het gehalte aan activator en de temperatuur (fig. 6). Duidelijk blijkt dat er sprake is van een optimum in het gehalte activa- tor. Bij de productie van kanaalplaat- vloeren wordt tijdens de verharding de baan van onderaf verwarmd, zodat in het lijf van de kanaalplaatvloer een ver- hardingstemperatuur van circa 55 °C wordt gerealiseerd. De proefstukken voor het geschiktheidsonderzoek zijn dan ook bij deze temperatuur bewaard. Na de productie van de kanaalplaatvloeren werd op basis van schietwaarden al snel duidelijk dat de vereiste voorspansterkte van 25 MPa na vijf uur verharding niet zou worden gehaald. Met de Schmidt- hamer werd een waarde geschoten van ongeveer 9 MPa. De oorzaak is te vin- den in het feit dat geopolymeerbeton van zichzelf, anders dan cementbeton, bij de verharding geen warmte ontwik- kelt. En de baan heeft tijd nodig om op temperatuur te komen en de warmte door te geven aan het geopolymeerbe- tonmengsel. Deze constatering is overigens ook al gedaan bij de vervaardiging van de L-elementen waarbij ingestorte ther- mokoppels geen temperatuurverhoging hebben gemeten. Na 24 uur verharden is de sterkte - ontwikkeling van de kanaalplaatvloer nogmaals getest met behulp van de Schmidthamer. Gemiddeld werd daar- bij, veel hoger dan verwacht, een waarde geschoten van 80 MPa. Hierop zijn direct door zagen de kanaalplaat- vloeren op voorspanning gezet en gelost. Na 48 uur is een aantal kubussen op druksterkte beproefd en ook deze proef bevestigde de gevonden schiet- waarde van meer dan 80 MPa. Direct aansluitend hierop is vervolgens op full scale een kanaalplaatvloer belast tot bezwijken. Dit bezwijken gebeurde bij een uiterste afschuifkracht van 280 kN. De eis voor een vergelijkbaar profiel kanaalplaatvloer ligt bij 154 kN na 28 dagen verharding! Een onverwacht resultaat. Verhouding druksterkte en buig- / splijttreksterkte Voor cementbeton ligt de relatie tussen de druksterkte enerzijds en de buig- treksterkte en splijttreksterkte anderzijds vast binnen de volgende grenzen: ? verhouding druksterkte / buigtreksterkte = 5 ? 10 ? verhouding druksterkte / splijttreksterkte = 8 ? 15 Deze waarden zijn voor geopolymeerbeton bepaald op basis van proefstukken van de L-elementen en de kanaalplaatvloe- ren (tabel 3). De verhouding tussen de druksterkte en de splijttreksterkte komt druksterkte [MPa] 0 5 10 15 20 25 30 35 40 5 uur 16 uurtijd 12% 16% 20% 24% 28% Tabel 3 Verhouding druksterkte en treksterkte L- elementen referentieL-elementen droge act. 2A L-elementen droge act. 2BL-elementen natte act. 3 kanaalplaat - vloeren kubusdruksterkte 150 × 150 × 150 mm 3 [N/mm 2] 28 dagen 4847,9 30,640,990 buigtreksterkte op prisma's 150 × 150 × 600 mm 3 [N/mm 2] 28 dagen 4,73,3 2,33? splijttreksterkte kubussen 150 × 150 × 150 mm 3 [N/mm 2] 28 dagen 3,13,2 22,86,9 verhouding sterkte-eigenschappen druksterkte/buigtreksterkte 10,2 14,5 13,313,6? druksterkte/splijttreksterkte 15,5 15 15,314,613,1 6 Geschiktheidsonder- zoek kanaalplaat- vloer, invloed gehalte activator op sterkteontwikkeling bij 55 °C 21 VAKBLAD I 1 2017 18_ Geopolymeren.indd 21 20-03-17 15:34 redelijk goed overheen met de gebruike- lijke ervaring met cementbeton. De verhouding druksterkte en buigtreksterkte (alleen gemeten bij de L-elementen) valt echter buiten de gebruikelijke ver- houdingen. Opgemerkt moet wel worden dat alleen de gemeten druksterk- ten gemiddelden zijn van meerdere bepalingen. De buig- en splijttreksterkten zijn enkelvoudige metingen. Dus de statistische betrouwbaarheid van deze waarnemingen is beperkt. Vervormingsgedrag De elasticiteitsmodulus is gemeten aan proefstukken op een ouderdom van 7 en 28 dagen (tabel 4). De waarden van het geopolymeerbeton zoals gebruikt voor de L-elementen blijft, net als de druksterkte, achter bij het referentie- beton. De waarden van de elasticiteits- modulus van het geopolymeerbeton zoals toegepast bij de vervaardiging van de kanaalplaatvloeren liggen op een bedui- dend hoger niveau in vergelijking tot de L-elementen. Deze waarden zijn echter wel vergelijkbaar met waarden die voor kanaalplaatvloeren gebruikelijk zijn. In zijn algemeenheid geldt er een verband tussen de druksterkte van het beton en de elasticiteitsmodulus. Vol- gens EN 1992-1-1 kan de elasticiteits- modulus E cm op een eenvoudige manier uit de druksterkte worden berekend met de formule: Waarin f cm de gemiddelde waarde van de cilinderdruksterkte van beton is. Maar niet alleen de druksterkte van het beton is doorslaggevend voor de elasti- citeitsmodulus. Ook de elasticiteitsmodulus van het toeslagmateriaal en de cementsteen en het volume van de cementsteen spelen hierbij een rol. Aangezien deze parame- ters niet in de genoemde formule worden meegenomen, kan de werkelijke elasti- citeitsmodulus, bij een gelijk druksterke, een afwijking tot wel 30% vertonen. Het is dan ook opmerkelijk te zien dat, hoewel het bindmiddel significant anders van samenstelling is, de tot nu toe aan proefstukken gemeten waarden binnen de range liggen van wat voor cementbeton gangbaar is (fig. 7). Krimp Vanuit de literatuur is bekend dat geopolymeerbeton, dat is verhard onder omgevingstemperaturen, een grotere krimp kan geven in vergelijking tot cementbeton [2]. Het tegenovergestelde is echter meestal het geval wanneer geo- polymeerbeton bij hogere temperaturen kan verharden. De hogere krimp is ook waargenomen in het onderzoek zoals beschreven in [1]. Daarbij moet worden opgemerkt dat het onderzoek aan krimp aan diverse geopolymeermengsels en diverse referenties heeft plaatsgevonden onder laboratoriumomstandigheden. Dat wil zeggen dat de proefstukken de eerste zeven dagen onder water zijn bewaard, vervolgens de nulmeting is uitgevoerd en daarna zijn bewaard bij 20 °C en 65% RV. Van het geopolymeerbeton toegepast in de L-elementen zijn zowel van het mengsel met de droge activator als van de natte activator prisma's van 100 × 100 × 5000 mm 3 gemaakt. Deze prisma's zijn bij een ouderdom van zeven dagen ontkist waarna direct de nulmeting heeft plaatsgevonden. Ver- volgens zijn de prisma's gedurende een maand in het laboratorium bewaard (20 °C en 65% RV) en aansluitend in weer en wind bewaard bij de L-elementen in positie (foto 8). Ook bij deze prisma's is er sprake van initiële krimp. Echter, na een langdurige opslag in weer en wind is er sprake van een tegengestelde beweging en is de initiële krimp weer volledig gecompenseerd (fig. 9). Carbonatatie Een van de grote voordelen van beton op basis van traditioneel cement is dat normaal cementbeton bij voldoende dekking een uitstekende bescherming biedt aan de wapening. Door de hoge alkaliteit van cementbeton wordt de wapening gepassiveerd waardoor deze wordt beschermd tegen corrosie. Door inwerking door CO 2 op de dekkingszone daalt de pH en wordt, bij onvoldoende dekking, de beschermende werking opgeheven. Dit fenomeen waarbij het zogenoemde portlandite (Ca(OH) 2) wordt omgezet in het pH-neutrale calci- Tabel 4 Elasticiteitsmodulus in N/mm 2 ouderdom L-elementen referentieL-elementen droge act. 2A L-elementen droge act. 2BL-elementen natte act. 3kanaalplaat- vloeren 7 dagen 31.450 22.075 16.600 17.983 38.800 28 dagen 36.250 29.200 24.017 27.067 39.580 0 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 35.000 40.000 45.000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Ecm [N/mm²] fcm [N/mm²] referentie -L-elementen droge activator L-elementen droge activator L-elementen natte activatie L-elementen Ecm volgens EN 1992-1-1 HCS lab1 HCS lab2 7 Correlatie tussen de druksterkte en de elasticiteitsmo- dulus ?? = ???? 0,3 22000 10 cm cmf E 22 VAKBLAD I 1 2017 18_ Geopolymeren.indd 22 20-03-17 15:34 umcarbonaat wordt carbonatatie genoemd. De vraag is nu of geopoly- meerbeton eenzelfde beschermende functie heeft voor de wapening in beton. Door de inbreng van sterke alkalische activatoren zou er in ieder geval sprake moeten zijn van een hoge pH. Van de L-elementen zijn van elk mengsel twee prisma's (150 × 150 × 500 mm³) gemaakt, die vervolgens buiten beschut zijn opgeslagen. De 'carbonatatiediepte' is met regelmatige intervallen gemeten met behulp van de hiervoor gebruikelijk toegepaste kleurindicator phenolftaleïne (fig 10). De metingen laten zien dat de 'carbonatatiediepte' van het geopoly- meerbeton een factor 2 hoger ligt dan van de referentie met hoogovencement. De (visuele) bepaling is echter lastig. Na de inspuiting met phenolftaleïne geeft de gecarbonateerde zone in cementbe- ton een scherpe aftekening ten opzichte van de paarse, niet-gecarbonateerde, zone. Deze kleurgrens is in beton op basis van een geopolymeerbindmiddel minder duidelijk en in de tijd ook niet stabiel. De visuele meting moet direct na inspuiting geschieden want na een aantal uren kleurt de volledige doorsnede weer lichtpaars. De reden hiervoor zit in een andere chemische reactie: de inwerking van CO 2 op een geopolymeerbindmid- del heeft vrijwel zeker de vorming van een natriumcarbonaat tot gevolg. Na 2CO 3 is goed in water oplosbaar en geeft een pH-waarde van circa 10. Bij deze waarde zal de phenolftaleïne licht- paars kleuren. In hoeverre in beton met een geopolymeerbindmiddel een passi- veringslaag op het wapeningsstaal wordt gevormd, is zeker een onderwerp voor nader onderzoek. Chloride-indringing Naast carbonatatie is er een ander feno- meen waardoor het wapeningsstaal in beton kan corroderen, namelijk de indringing van chloriden in beton. Onderzoek waarover in [1] is gerappor- teerd laat zien dat de weerstand tegen chloride-indringing (gemeten na zes maanden onderdompeling in een natri- umchloride houdende oplossing) in de buitenhuid van geopolymeerbeton aan- 8 Prisma's voor krimp in weer en wind -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0,0 0,1 0,2 1 2 7 9 10 14 15 28 56 krimp [mm/m] droge activator kanaalplaten 85 113 182 273 302 401 554 ouderdom in dagen natte activator 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 100 200 300 400 500 600 700gemiddelde carbonatatiediepte [mm] ouderdom (dagen) veldproef 1; referentie veldproef 2a; d roog bindmiddel veldproef 2b; d roog bindmiddel veldproef 3; nat bindmiddel 9 Krimp van geopolymeerbeton in mm per meter 10 Carbonatatie geme- ten aan prisma's bewaard buiten beschut zienlijk beter is dan een referentiebeton, maar dat op groter diepte nauwelijks nog verschil met cementbeton is waar te nemen. Bij de L-elementen is gekozen om de weerstand tegen chloride-indringing te meten met de RCM-proef aan de hand van ? uit kubussen geboorde ? cilinders. Het lijkt erop dat deze 'snelle' proef niet geschikt is voor geopolymeerbeton. Waarschijnlijk zorgt het hoge gehalte aan alkaliën voor een enorm goede geleidbaarheid, want in eerste instantie bezweken de zekeringen van de RCM-apparatuur bij de opgelegde spanning. 23 VAKBLAD I 1 2017 18_ Geopolymeren.indd 23 20-03-17 15:34 In figuur 11 zijn de gemeten waarden ingetekend in een figuur met RCM- metingen 'in de tijd' voor de in Nederland meest gebruikte cementsoorten. De referentie voldoet aan de verwachtingen, maar de geopolymeerbetonmengsels presteren in deze meting opmerkelijk ondermaats. Vorst- en dooizoutbestandheid Door het ontbreken van (constructieve) regelgeving en omdat het onduidelijk is of wapening in geopolymeerbeton afdoende tegen corrosie wordt beschermd, ligt het voor de hand voor de potentiële toepassing van geopoly- meerbeton te kiezen voor ongewa- pende betonproducten als stenen, tegels en banden. Omdat dergelijke (bestratings-)producten gedurende hun levensduur worden blootgesteld aan vorst, in combinatie met dooizouten, is het voldoen aan de hiervoor geldende regelgeving een eerste vereiste. De productnorm voor betonstraatstenen NEN-EN 1338 stelt een maximum aan afgevroren materiaal van 1 kg/m 2 na 28 vorst-dooicycli. L-elementen Ook de L-elementen worden tijdens hun expositie langs de A10 blootgesteld aan vorst in combinatie met dooizouten. De beproeving van de vorst-dooizout- bestandheid is uitgevoerd op proefstukken van de L-elementen. Deze proefstukken zijn verhard bij lage bui- tentemperaturen. In figuur 12 zijn alleen de resultaten van de referentie met hoogovencement weergegeven. Want de afgevroren hoeveelheid mate- riaal van het geopolymeerbeton, zowel met de droge als met de natte activator, overstijgt de 4 kg/m 2 al na zeven cycli. De proef is hierna afgebroken omdat verder testen zinloos was. Op geen enkele wijze kan worden voldaan aan het gestelde criterium voor betonproducten ( fig. 14). Kanaalplaatvloeren In principe behoeven kanaalplaatvloe- ren niet aan dit criterium te voldoen. Omdat de samenstelling afwijkend is 0 5 10 15 20 250 100 200 300 400 leeftijd [dagen] DRCM * 10 -12 m2/s CEM I CEM II/B-V (25% vliegas) CEM III/B (75% slak) snelle chloride migratie testdag 29 d 91 d 182 dreferenties 5,9 4,0 2,8 droog bindmiddel (2a) niet getest droog bindmiddel (2b) 92,0 17,0 16,4 nat bindmiddel 63,3 20,2 23,4 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 gram per m 2 14 cycli 7 cycli 28 cycli referentie L-elementen kanaalplaatvloer 20°C kanaalplaatvloer 55°C 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 gewichtverlies (g) tijd ( uren) Ref 1 28 W-B 28 Ref 2 28 D-B 28 Ref 3 28 W+B 28 Ref 4 28 D+B 28 Ref 5 60°C 28 W-B 60°C 28 Ref 6 60°C 28 D-B 60°C 28 Ref 7 60°C 28 W+B 60°C 28 Ref 8 60°C 28 D+B 60°C 28 13 Beproeving op zuurbestandheid en effect van tem- peratuur 11 Chloride-indringing gemeten met RCM- methode 12 Afgevroren hoe- veelheid per mm 2 24 VAKBLAD I 1 2017 18_ Geopolymeren.indd 24 20-03-17 15:34 Vier vragen over geopolymeerbeton ? Is er milieuwinst te behalen, met andere woorden: is de carbon footprint\ beter dan de referentie op basis van traditioneel cement? Het antwoord hierop is nog steeds 'ja'. Geopolymeerbeton wint het \ als het om de carbon footprint gaat zeker van beton op basis van portlandcement. Het verschil met hoogovence\ ment is veel kleiner waarbij moet worden opgemerkt dat hoogovenslak nu ook al volledig wordt ingezet als grondstof voor cement en beton. Er is dus sprake van verschuiving van grondstoffen. Doorslagge\ vend is dan het milieueffect van de activatoren, waarvan nog lang niet alles bekend is. Want alleen met een carbon footprint zijn we er nog niet. Om de echte milieuwinst van een geopolymeerbeton vast te stell\ en, zou een volledige milieu- profiel berekend moeten worden. Belangrijk in deze is het initiatief dat Kiwa heeft genomen voor het opstellen van een beoordelingsrichtlijn voor het 'Kiwa systeemcertifi\ caat voor het genereren van milieu - profielen voor betonnen infraproducten'. Een goede ontwikkeling, want\ hiermee wordt een gelijk speel- veld gecreëerd en wordt duidelijk of er een milieuwinst is te behalen in vergelijking tot de al decennialang voorhanden zijnde 'groene' hoogovencementen. ? Is er een prijsvoordeel voor het beton op basis van geopolymeren ten opz\ ichte van de referentie op basis van traditioneel cement? Dit antwoord was al 'nee' en blijft 'nee'. De toe te passen \ activatoren en vertragers zijn kostbaar en daar komt nog bij dat de extra toevoer van warmte ? nogmaals: een geopolymeerbindmiddel ontwikkelt zelf geen warmte ? extra energie kost. ? Is de prestatie van het beton met geopolymeren op het gebied van sterkte en duurzaamheid vergelijkbaar of beter dan de referentie op basis van traditioneel cement? Op basis van het hier gerapporteerde praktijkonderzoek blijkt dat met na\ me de verhardingsomstandig- heden, dus wederom temperatuur, bepalend zijn of een geopolymeerbeton gelijkwaardig presteert. Voor een belangrijk duurzaamheidsaspect als de bescherming van de wapening te\ gen corrosie is echt funda- menteel onderzoek nodig naar de mogelijkheden van de passivering van het\ betonstaal en de weerstand tegen chloride-indringing. Met name voor de toepassing in betonproducten\ in de infrastructuur is dui- delijkheid vereist hoe de weerstand tegen vorst- en dooizoutaantasting k\ an worden geborgd. ? Is er regelgeving voorhanden op basis waarvan opdrachtgevers/ontwerpers beton op basis van geopolymeren kunnen specificeren en voorschrijven? Ook nu is het antwoord nog steeds 'nee'. Wel is er binnen SBRCURnet een commissie actief die de rand- voorwaarden schetst voor een mogelijke CUR-Aanbeveling voor ongewapende beto\ nproducten en voor de vervaardiging van kanaalplaatvloeren op basis van geopolymeerbeton. Generie\ ke regelgeving voor het constructief ontwerp is nog een aantal jaren van ons verwijderd. Literatuur ? Vermeulen, E., De uitdagingen van geopolymeerbeton, Betoniek Vakblad 2015-02, 2015. ? Davidovits, J. Geopolymer, Chemistry & Applications. Geopolymer Institute 2011. van die van de L-elementen is het interessant genoeg om ook van dit geopolymeerbeton de weerstand tegen afschilfering te meten. De hiervoor benodigde proefstukken zijn in een later stadium in het laboratorium vervaar- digd en verhard bij 20 °C. Ondanks een kwalitatief betere samenstelling kan dit mengsel ook niet aan het gevraagde cri- terium voldoen. Daarna is besloten dit mengsel nogmaals te beproeven maar de proefstukken nu een vergelijkbare temperatuurcyclus te laten doorlopen als die van de kanaalplaatvloeren tijdens de eerste 24 uur van de verharding. De verbetering is substantieel maar ook dit- maal voldoet het geopolymeerbeton nét niet aan het gestelde criterium van 1 kg/m 2 na 28 vorst-dooicycli. Aantasting door zuren Dat extra toegevoerde warmte tijdens de verharding de prestatie van geopoly- meerbeton aanzienlijk kan verbeteren, komt naast de sterkteontwikkeling en de verbetering van de vorst-dooizout- bestandheid, ook tot uiting bij de weerstand tegen zuuraantasting. Voor het bepalen van de weerstand tegen zuren bestaat geen Europees voorschrift en is door ENCI een eigen procedure ontwikkeld. Onderzoek heeft plaatsge- vonden aan de mortel die is toegepast in het beton voor de vervaardiging van de L-elementen. Zowel de referentie als de droge en natte activator zijn onderzocht. De proefstukken worden vervaardigd uit een mortel waarbij alleen het bind- middel, een cement of in dit geval geopolymeerbindmiddel, als variabele wordt meegenomen. De proefstukken worden na 28 dagen beproefd en vervolgens gedurende zeven uur blootgesteld aan een zoutzuuroplossing met een pH < 1. De resultaten staan in figuur 13. In eerste instantie blijkt het referentiebeton (fig. 13, blauwe cirkel) zelfs beter te presteren dan de mortels met een geopolymeerbindmiddel (rode cirkel). Pas wanneer het geopolymeerbindmiddel gedurende de eerste 24 uur bij 60 °C kan verharden, treedt een substantiële verbetering op (groene cirkel). 14 Dramatisch materiaal- verlies bij testen op vorst- en dooizoutbe- standheid Resumé De in dit artikel veel aangehaalde publicatie 'De uitdagingen van geopolymeerbeton' [1] besluit met vier vragen waarop een duidelijk antwoord moet komen voor een succesvolle introductie van een alternatief 'groen' bindmiddel op basis van geopolymeren. Het is nu bijna twee jaar later en hoewel de vier vragen nog niet voor de volle honderd procent zijn beantwoord, worden we toch iedere keer wat wijzer (zie kader 'Vier vragen over geopolymeerbeton'). Eén conclu- sie kan al wel worden getrokken: om beton op basis van een geopolymeer- bindmiddel volledig tot zijn recht te laten komen, is het toevoegen van extra warmte onontbeerlijk. 25 VAKBLAD I 1 2017 18_ Geopolymeren.indd 25 20-03-17 15:34