In een tijd waar het milieu zoveel mogelijk moet worden belast, waar men geen tijd heeft voor uitgebreide inspecties en analyses en waar voor steeds meer reststoffen waardevolle toepassingen moeten worden gevonden; daar is ook onderzoek voor nodig.

Kan je niet destructieve inspectietechnieken ontwikkelen waarbij het beton niet wordt beschadigd en de resultaten snel beschikbaar zijn? Hoe bepaal je of een reparatie aan een betonnen constructie niet loslaat naar verloop van tijd?

Maar ook: bij het recyclen van beton; is het dan mogelijk hier weer bruikbare grondstoffen uit te winnen? Of kan je meer doen met vliegas als vulstof? Betonnen containers voor de opslag van radioactief materiaal moeten niet alleen het materiaal goed beschermen, maar ook lang meegaan.

Zomaar een paar vragen waar KEMA onderzoek naar heeft gedaan. En niet alleen. Samen met partners in Europa, met vertegenwoordigers van de branche en betonproducenten en de eindgebruiker.

Hoe kan de kwaliteit van betonconstructies of -reparaties worden vastgesteld zonder het beton kapot temaken? Op deze vraag willen zowel de makers als de beheerders van de betonnen constructies graag een antwoord. KEMA ontwikkelt nu samen met andere bedrijven een oplossing voor dit vraagstuk. De totstandkoming van een apparaat voor non-destructieve validatie van betonreparaties vindt plaats met gelden van CRAFT, een onderdeel van het technologie stimuleringsprogramma van de Europese Commissie (EC). Brussel wil hiermee het midden- en kleinbedrijf (MKB) in de productiesector, dat weinig of geen eigen faciliteiten voor research en development heeft, een duwtje in de rug geven.

De vraag naar de mogelijkheden van non-destructieve validatie van beton ontstaat door onvrede met de bestaande methoden: "Daarmee beschadig je het beton". Dat moet dus weer gerepareerd worden, en daar heb je weer mankracht- en uren en dure steigers voor nodig. Vervolgens kun je nog steeds geen uitspraken doen over de kwaliteit van de totale constructie. Bovendien ontstaan in het eindresultaat vaak kwaliteitsverschillen.

Door schade en schande wijs geworden heeft men moeten vaststellen dat ook beton onderhoud behoeft. Gelukkig kan schade aan beton tegenwoordig goed en eenvoudig worden hersteld. De duurzaamheid en kwaliteit van betonreparaties worden bepaald door het morteltype, het juiste reparatieadvies en het vakmanschap van de reparateur. Voor de kwaliteitsborging bij de uitvoering van dergelijke reparatiewerkzaamheden, is door het MKB met steun van de EU-commissie een niet-destructieve scanner ontwikkeld om de aanhechting van beton reparatielagen te valideren.

Een niet-destructieve methode om te bepalen of een reparatielaag los of vast zit voorkomt het onnodig beschikbaar houden van steigerwerk. Ook wordt het mogelijk meer metingen in een kortere tijd uit te voeren waardoor het oordeel over de kwaliteit van de reparatie betrouwbaarder wordt. De niet-destructieve methode moet ongeveer dezelfde gevoeligheid hebben als de destructieve methode met betrekking tot de grootte (oppervlak) van de onthechting. Als uitgangspunt voor de scanner is gekozen voor ultrasoon geluid. Deze reeds bestaande techniek is door de jaren heen betrouwbaar, eenvoudig en relatief goedkoop gebleken. Als scannerspecificatie is gedefinieerd dat de onthechting van reparatielagen van 10 tot 60 mm dikte moet kunnen meten, onder een zekere scheefstand van het te repareren betonoppervlak. Verder mogen storingen door de aanwezigheid van wapeningsstaal de meting niet of nauwelijks beïnvloeden. In de ontwerpcriteria is meegenomen dat het apparaat door relatief onervaren personeel gemakkelijk moet zijn te bedienen. Bovendien mocht de aanschafprijs niet te hoog zijn < 7.000 Euro.

Voor de realisatie zijn diverse proeven genomen. Eigenschappen als functie van de verhardingstijd van 14 verschillende BETEC-reparatie-mortels zijn beproefd met variaties in de uitvoeringsmethodiek (spuit- en gietmortels), samenstelling, zoals cementsoort, korrelopbouw van 0 tot 16 mm, verschillende laagdikten en toevoegingen. Vervolgens zijn proeftegels gemaakt met en zonder wapeningsstaal met kunstmatige onthechting. In totaal zijn 11 transducers (sensoren) getest. Op basis van de onderzoeksresultaten is een handleiding geschreven voor het laboratorium prototype, dat door KEMA is gebouwd, genoemd Concrete Averaging Detection Device. Voor deze CADD zijn speciale software features bepaald. Door het gebruik van twee sensoren en middeling van de meetgegevens om de invloed van wapeningsstaal te reduceren, is het mogelijk gebleken de onthechting van betonreparatielagen op een eenvoudige wijze te bepalen.

Voor de validatie van de scanner in de praktijk is een tweede prototype gebouwd, de zogenaamde Concrete Ultrasonic Bonding Evaluator (CUBE). Op dit moment worden de veldtesten met dit apparaat uitgevoerd op diverse locaties in verschillende Europese landen.

Beton, dat in contact staat met een agressief medium zoals grondwater, kan op de lange duur aangetast worden door:
- het langzaam oplossen van calcium carbonaat en hydratatieproducten vanwege de diffusie van calciumionen naar buiten
- interactie tussen calciumcarbonaat en hydratatieproducten enerzijds en de corrosieve componenten anderzijds.

De degradatie van het beton via de zojuist genoemde mechanismen zal zeer langzaam verlopen. Om nu een indruk te krijgen over de kwaliteit van beton na een lange levensduur is toepassing van een versnelde degradatietest noodzakelijk.

Uitgegaan wordt van een mortel- of betonnen proefstuk. Dit proefstuk wordt in contact gebracht met water of een oplossing, dat zich in twee vaten bevindt. In beide vaten is een elektrode aangebracht, die doorverbonden is met een spanningsbron en een ampèremeter. Met behulp hiervan kan nu een bepaalde spanning over het proefstuk worden aangebracht. Daardoor heeft een versnelde migratie van Ca-ionen naar de kathode plaats. Aan het einde van de test wordt de kwaliteit van het proefstuk onderzocht via onder andere:
- Image Analysis
- porosimetrie
- XRD-metingen.

Er wordt gezocht naar een relatie tussen de kwaliteit van het proefstuk en de opgeloste hoeveelheid calcium. Daarnaast wordt de versnellingsfactor bepaald (dit is de verhouding van de hoeveelheid opgeloste calcium bij een bepaalde potentiaalgradient en de hoeveelheid opgeloste calcium, wanneer er geen potentiaalgradient over het proefstuk is aangelegd).

Reststoffentoepassingen, opslag alsmede verbetering in bouwkwaliteit vergen een oplossingsgerichte visie met betrekking tot de inschatting op milieueffecten en economische haalbaarheid. Kolenreststoffen zoals vliegas en bodemas, afvalverbrandingsresiduen, straalgrit en bouwafval vormen stuk voor stuk een concreet probleem, waarvoor KEMA structurele oplossingen creëert. In de sfeer van hergebruik en nuttige toepassingen. De toepassingen en de te gebruiken immobilisatietechnieken zijn vooral gericht op beton en steenachtige materialen. Het team Reststoffenmanagement & Bouwkwaliteit concentreert zich eveneens op de ontwikkeling van nabewerkingstechnieken om de toepassingsmogelijkheden te verruimen en om deponie - tegen lage kosten - te vergemakkelijken.

Er ontwikkelt zich eens sterk toenemende vraag naar zeer fijn verdeelde vulstoffen voor beton. Daarmee kan een hoogwaardig duurzaam beton worden gemaakt dat 2 tot 3 maal sterker is dan conventioneel beton en zich beter laat verwerken. De gebruikelijke vulstof is micro-silica, met een deeltjesgrootte van circa 0,1 - 1 micron. Deze vulstof is duur en schaars; tekorten zijn te verwachten gezien de groeiende vraag.

Vliegas
Poederkoolvliegas is een restproduct van kolengestookte elektriciteitscentrales. In principe lijkt dit een goed alternatief te kunnen zijn: de samenstelling en eigenschappen lijken sterk op die van micro-silica. De deeltjes zijn echter te groot (10-200 micron).

KEMA heeft in opdracht van elektriciteitsproducenten en met ondersteuning van het Ministerie van Economische Zaken een procédé voor verkleining ("Microniseren") van vliegas ontwikkeld, waarop octrooi is aangevraagd. Deze "Ultra Fijne vliegas" wordt geproduceerd door middel van parelmolens. De gemiddelde deeltjesgrootte van het product is circa 1,5 micron, veel fijner dan met andere methoden is te bereiken. Uit beproeving is gebleken dat met dit product hoogwaardig beton van tenminste sterkteklasse B105 kan worden vervaardigd.

Poederkoolvliegas is een waardevolle grondstof die op grote schaal in bouwmaterialen wordt verwerkt. Toepassing als additief voor de productie van baksteen biedt nieuwe, aantrekkelijke kansen voor de afzet. De eerste vraagstelling is of aan de eisen ten aanzien van uitloging in het Bouwstoffenbesluit Bodem- en Oppervlaktewaterenbescherming (BSB) wordt voldaan. Een tweede vraagstelling betrof de juistheid van de "vertaalfactoren" (opgesteld door het RIVM) die de relatie tussen laboratorium en praktijk beschrijven.

De uitlogingeisen van het BSB zijn in feite gebaseerd op een bodem-immissie over een periode van 100 jaar. De toetsing hiervan vindt plaats in een gestandaardiseerde laboratoriumtest. In een praktijkvoorbeeld is de uitloging van vijf gemetselde muursegmenten (vier enkelsteensegmenten en een spouwsegment) onderzocht. De stenen waren vervaardigd uit twee kleisoorten, voor twee enkelsteensegmenten werd 20 massaprocent poederkoolvliegas toegevoegd. De vochtigheid van het muuroppervlak en de hoeveelheid uitloogwater zijn semi-continu gemeten, en het uitloogwater is periodiek geanalyseerd.

Poederkoolvliegas is een waardevolle grondstof die op grote schaal in de bouw wordt toegepast. Op basis van het Beleidsstandpunt Radon (Ministerie van VROM) worden normen voor radiologische eigenschappen van bouwmaterialen ontwikkeld. Een van deze eigenschappen is de afgifte van het radioactieve edelgas radon uit het bouwmateriaal. Poederkoolvliegas blijkt deze radonexhalatie te kunnen verminderen.

Radon ontstaat in de vervalreeks van uranium-238 uit radium en komt in alle grond- en delfstoffen voor. Omdat radon gasvorming is, kan het uit vast materiaal ontsnappen. De radonconcentratie in het binnenmilieu is grotendeels uit de bodem; slechts ongeveer een derde komt uit het bouwmateriaal. De hoeveelheid radioactiviteit die per tijdseenheid uit het bouwmateriaal naar het binnenmilieu diffundeert wordt de "exhalatie" genoemd. De gemiddelde achtergrondstralingsdosis waaraan de mens in Nederland wordt blootgesteld wordt geschat op 2,5 mSv/j. De bijdrage door bouwmaterialen bedraagt 0,7mSv/j, waarvan 0,4 mSv/j aan radonexhalatie wordt toegeschreven. Het overige deel is de bijdrage door gammastraling uit het bouwmateriaal.

Vliegas heeft een hogere radonactiviteit dan grondstoffen als cement en grind. Toepassing van vliegas in bouwmaterialen leidt daardoor tot een wat hogere bijdrage door gammastraling maar onderzoek heeft aangetoond dat de stralingsbelasting door radon lager kan worden. De exhalatie van radon wordt namelijk sterk bepaald door de structuurparameters van het bouwmateriaal, en deze kunnen door toepassing van vliegas aanzienlijk worden verbeterd. 

Onderzoek naar het verband tussen de structuur van het bouwmateriaal en de radonexhalatie toont aan dat een porieverdeling met een gemiddeld kleinere poriestraal gerelateerd is aan een lagere exhalatie. Deze kennis over de relatie tussen structuur en radonexhalatie biedt de mogelijkheid van een betere receptuur, waarbij de toepassing van vliegas tot een vermindering van de stralingsbelasting leidt.

Meer informatie? Neem contact met ons op.