Open menu


Cement en Beton

Beton is beroemd vanwege zijn lage prijs, flexibiliteit, hittebestendigheid en sterkte. Het is de koning der materialen voor huizen en bruggen.

In de Green Deal 'Verduurzaming betonketen' is een 100% duurzame betonketen in 2050 het doel.

In 2010 werd 14 miljoen m3 beton gebruikt in de Nederlandse bouw en ongeveer 550 kton aan wapeningsstaal.

Beton
• Cementindustrie: 5-8% van totale wereldwijde CO2 uitstoot
• Meest gebruikte constructiemateriaal
• Nog weinig hergebruik of recycling

Het betongebruik in een woning staat ongeveer gelijk aan vijf jaar het verwarmen van een woning.

Cement wordt al sinds de oudheid gemaakt door gemalen kalksteen te verwarmen tot 1450 graden. Vroeger stookte men hout in speciale cementovens, tegenwoordig verwarmt men met aardgas. De verbranding van aardgas geeft 40 % van de CO2 emissie. Daarnaast ontleedt het calciumcarbonaat tot calciumoxide, waarbij 60% van de CO2 emissie ontstaat.

Vermalen kalksteen (CaCO3) wordt verhit 1450 °C om het calciumhydroxide (Ca(OH)2), de basis voor cement, te scheiden van de koolstof (C). Dat laatste element vormt in contact met zuurstof uit de lucht CO2 en die komt rechtstreeks in de atmosfeer terecht. Honderd ton kalksteen levert zo 56 ton calciumhydroxide en 44 ton CO2 op. Het verwarmingsproces, het transport en de ontginning van de kalksteen staan in voor de rest van de CO2-voetafdruk van cement. Bovendien stoot ook de bouw van betonnen constructies nog CO2 uit.

In plaats van de ontleding van kalksteen door de hoge temperatuur kan men ook een elektrochemische reactie toepassen die bij kamertemperatuur verloopt. Als daarbij groene stroom wordt gebruikt is er helemaal geen emissie van CO2 meer.

Een heel informatief filmpje over beton staat hier onder.

 

Het Amerikaanse Sublime Systems heeft een technologie ontwikkeld waarmee het cement kan maken, zonder dat daar CO2-uitstoot bij vrijkomt. Alle processen gebeuren op kamertemperatuur met behulp van elektrolyse waarbij één electrode calcium uit mineralen haalt, waardoor een reactief silicaat achterblijft. De tweede elektrode produceert alkaliteit, waardoor het reactief pure calcium (ook wel, kalk) overblijft. Dat wordt gemengd met silicaat tot cement. CO2 blijft een restproduct maar het komt er in zuivere, koude toestand uit, gecomprimeerd tot 10 bar. Zo is afvang en opslag relatief eenvoudig.
(2023)

C-Crete heeft een alternatief voor cement ontwikkeld. Hoewel het bedrijf de exacte samenstelling van het materiaal geheim houdt, bestaat het uit een ‘gepatenteerd materiaal’ dat zich bindt aan mineraalhoudende grondstoffen en restproducten van de industrie. Het voordeel daarvan is dat die ingrediënten vaak lokaal voorradig zijn en er dus geen intensief transport plaats hoeft te vinden. Ook behoeft de samenstelling geen verhitting tot hoge temperaturen zoals het geval is bij traditioneel portlandcement. Daarbij beweert C-Crete dat het materiaal gedurende zijn levensduur CO2 opneemt uit de atmosfeer en daardoor nog sterker wordt. Al die elementen zorgen voor een schonere variant van cement en dus van beton. Als het wordt gemengd met water, zand en grind ontstaat beton met portlandcement erin. 
Ze werken nu aan het opschalen van enkele tientallen tonnen naar de 2.000 ton die een doorsnee cementfabrikant dagelijks produceert. (2023)

 De betoncyclus

beton

Kalkhennip is een alternatief. Dat haalt zelfs CO2 uit de lucht.
Geopolymeer beton kan 50 - 63 % CO2 besparen.

Bij het maken van het materiaal komt wereldwijd meer dan 5 miljard ton CO2 vrij, wat gelijk staat aan 6 tot 9 procent van de totale CO2-emissie op aarde. Het maken van het bouwmateriaal is daardoor schadelijker dan de uitstoot van alle auto’s, bussen, schepen en vliegtuigen bij elkaar.  Daarnaast wordt alleen al in de Europese Unie per jaar 460 miljoen ton aan bouw- en sloopafval geproduceerd. Meer dan de helft van dit afval bestaat uit beton.

In China wordt super veel gebouwd (met beton). Sinds 2012 is daar de CO2 uitstoot door beton verdubbeld.

In 2018 is het Betonakkoord gesloten waarin men streeft naar 
- een forse verlaging van de milieudruk van beton en 100%
- hoogwaardig hergebruik van betonafval in 2030.
- De inzet van alle ketenpartners is noodzakelijk om de doelen te halen.

Wat kan verbeterd worden ?

Het vermalen
Olifantsgras e.a.
Autobanden in beton (2022)
Energieopslag in beton
3D printing

De emissiereductie kan op tien vlakken verbeterd worden als 
- verbeterde ovens en
- alternatieve brandstoffen tot
- een andere cementmix en
- optimaler gebruik maken van gebouwen.

Wetenschappers ontwikkelden op laboratoriumschaal een methode om CO2-neutraal cement te maken, door het productieproces te combineren met staalrecycling.

TNO ontwikkelt ondertussen een type beton dat de uitstoot van stikstof en CO2 in de bouw met ten minste veertig procent doet dalen. Het mengsel moet in 2023 klaar zijn voor de markt.

Een andere manier om de CO2-uitstoot door cementproductie te verlagen, is door er simpelweg minder van te gebruiken. De Belgische betonproducent Tubobel werkt aan cementloze rioleringsbuizen, die een CO2-reductie van 80 procent opleveren.

Eén van de mogelijke oplossingen een andere keuze van bouwstoffen in beton. Als daar een mengvorm aan toegevoegd wordt, is er minder cement nodig. Braziliaanse en Spaanse wetenschappers maakten in  2016 beton van suikerriet.

Gerecycled beton genereert veel afval in de vorm van betonpoeder, dat op zijn beurt bodem en water kan vervuilen. Je kan afvalbetonpoeder om te zetten in koolstofvasthoudende verf.(2021)

Suikerriet

Britse wetenschappers hebben een biobased bouwmateriaal ontwikkeld met het restafval van suikerriet. Ze claimen dat het materiaal goedkoper, duurzamer en lichter is dan beton. Bovendien zou er in bouwconstructies minder staal door nodig zijn. (2024)

Beton neemt CO2 op uit de lucht

Zodra cement aan de buitenlucht komt, begint het CO2 op te nemen uit de atmosfeer, dat proces heet carbonatie. Daarbij stoot het water uit. Om die reden zijn carbonatieprocessen in de bouw eigenlijk niet gewenst. Bij gewapend beton kunnen ze op den duur immers de betonijzers doen roesten. Carbonatieprocessen vergen specifieke omstandigheden: ze gebeuren alleen in contact met de lucht, bij een luchtvochtigheid van veertig tot tachtig procent. Betonnen structuren onder de grond kennen dus geen carbonatie. Het carbonatieproces dringt in bovengrondse delen van gebouwen binnen aan een tempo van één tot enkele millimeters per jaar.

In 2020 verschenen er twee studies die aantoonden dat ongeveer de helft van de CO2 uitgestoten door cementproductie (alléén die, niet die van bijvoorbeeld transport en constructie) gecompenseerd wordt door carbonatie. In de vorige CO2-balansen was de opname van CO2 door cement niet opgenomen, in de huidige wel. Omdat cementcarbonatie nieuw is in de balans, is het dus geen wonder dat onder zowat elke figuur iets staat als: ‘Fossiele uitstoot gecorrigeerd voor opname door cementcarbonatie.’

In 2019 was de uitstoot naar de atmosfeer volgens het IPCC-rapport 11.5 ± 0.9 Gigaton CO2 per jaar. De opname van CO2 door de oceanen bedroeg 2,6 ± 0.6 Gt en de opname door land 3,1 ± 1.2 Gt. De opname door beton en cement in gebouwen wordt geschat op 0,2 Gt per jaar.

Duurzamer beton

Cementloos beton is beton dat bestaat uit zand en grind dat eerder als asfalt werd gebruikt, en wordt gebonden met afval uit hoogovens.

Betonproducent Voorbij Prefab heeft in 2020 een duurzamer beton ontwikkeld, dat 35 procent minder CO2-uitstoot bij de productie dan gangbaar beton. Opvallend is dat het Amsterdamse bedrijf geen patent aanvraagt, omdat dit de ambitie om klimaatverandering gezamenlijk tegen te gaan, in de weg staat.

Wat kan ook:
- gebruik van betontype CEM I vervangen door type CEM III
- het op verschillende manieren verminderen van de milieu-impact van cementproductie (biomassagebruik, CO2-afvang en -opslag, etc.)
- het toepassen van betonkernactivering in woningen en kantoren waardoor bespaard kan worden op energie voor verwarmen

Daarnaast kan
- de bekendheid en algemene beschikbaarheid van de milieu-informatie van beton en diverse cementtypen, specifiek voor de Nederlandse situatie, verbeterd worden. 
- Er is nog geen uitgesplitste milieu-informatie beschikbaar voor betontypen CEM II, CEM IV, CEM V en een range aan CEM III-typen. De verschillen tussen betontypen zijn echter wel substantieel. Verdere verfijning per betontype kan analyse derhalve preciezer maken.
- Fijnstofemissie wordt niet gerapporteerd over Nederlands cement en beton. Voor een volledige milieuanalyse zou het goed zijn als ook fijnstof voor de Nederlandse situatie beschikbaar is, zodat men niet afhankelijk is van de Ecoinvent database.

(*) De energieprestatiecoëfficiënt (EPC) is een index die de energetische efficiëntie van nieuwbouw aangeeft. Het is een theoretische eis voor energieverbruik die voor aanvang van de bouw van de woning wordt vastgesteld.

De uitstoot kan in 2050 met tachtig procent teruggebracht worden zonder enorme investeringen te hoeven doen. Daarvoor is wel support in de hele productieketen nodig.

Het grootste deel van de emissie ontstaat als kalksteen gebruikt wordt om cement te produceren. Daarvoor zijn ovens nodig van 1450 graden. Hierbij wordt kalk omgezet in klinker. Die klinker wordt dan vermalen en gecombineerd met andere materialen tot cement. Door meer klei toe te voegen kan je 30 % CO2 reductie bewerkstelligen. Je kan ook betonpuin (tot 30 %), as uit de vuilverbranding, havenslib, mijnbouwafval en metaalslakken gebruiken. 

Bij de Carbonstone worden staalslakken vermalen en laat men die reageren met geconcentreerd CO2. Dit wordt dan verwerkt in het beton. 

De CO2 die daarbij vrijkomt, wordt niet hergebruikt. Alleen als het gas wordt afgevangen doormiddel van carbon capture and storage (CCS) kan de productie verduurzaamd worden. De techniek van CCS is echter duur.

De emissiereductie kan volgens de onderzoeksinstituten op tien vlakken verbeterd worden. De aandachtsgebieden variëren van verbeterde ovens en alternatieve brandstoffen tot een andere cementmix en optimaler gebruik maken van gebouwen. Om dat te doen moet de hele productieketen de handen ineen slaan.

Met een mengvorm aan bouwstoffen in beton is er minder cement nodig. Braziliaanse en Spaanse wetenschappers maakten in  2016 beton van suikerriet.

Om een echte verandering te bewerkstelligen, moet de vraag naar beton met een lage CO2-uitstoot groter worden. Dit kan bijvoorbeeld gebeuren door bij aanbestedingen meer punten toe te kennen als er met beton met een lage CO2-uitstoot gewerkt wordt.

Bij de bioenergiecentrale te Harderwijk ontstaat door het vergisten van mest en coproducten biogas, digestaat en CO2. De 12,5 miljoen kuub biogas die per jaar wordt geproduceerd is, omgezet in 8 miljoen kuub groen gas, genoeg voor circa 5.000 huishoudens. De jaarlijkse productie van 9.000 ton digestaat wordt geëxporteerd naar het buitenland. De 4,5 miljoen kuub CO2 die vrijkomt geleverd aan de naastgelegen steenproducent De RuwBouw Groep. Daar wordt CO2 met water te binden aan Calcium tot Calciumcarbonaat (kalkzandsteen). OOk kan je CO2 toevoegen aan het drogingsproces van beton. Dan wordt een deel van de CO2 opgenomen in het beton. Hierdoor wordt de kwaliteit van het beton beter en het evrsnelt het drogingsproces.

De verwerkingsinstallatie van AVR in Duiven produceert jaarlijks 400.000 ton CO2. Een klein deel daarvan gaat straks een container in, waar technologie van Carbon8 in zit. Die zorgt ervoor dat een natuurlijk proces, waarin CO2 reageert met gesteenten, veel sneller verloopt. Het duurt minuten in plaats van jaren om calciumcarbonaat te maken. Het calcimumcarbonaat, in de vorm van grind, kan vervolgens gebruikt worden in de bouw.

ACT beton (2022)

Met Advanced Cement Technology kan de CO2 uitstoot misschien wel 70 % dalen.
I.p.v. de slakken en klinkers voegt men iets anders toe. Nog geheim. 

Energie opslaan in beton.

Door cement te mengen met koolstofvezels, waarvan een deel bedekt zijn met een laagje ijzer of nikkel. Zo worden plus- en minpolen verkregen in de batterij en kan je straks energie opslaan in beton. Deze nieuwe batterij werkt tien keer beter dan eerdere ontwerpen, al haalt deze versie het nog steeds niet bij de ‘gewone’ batterij. Toch: als muren van flat- of kantoorgebouwen van dit materiaal worden gemaakt, heeft deze techniek grote potentie.

Beton zo in elkaar zetten dat het demontabel is.

 

Mobiele betonrecycling

02 mobiele fabriek voor circulair beton c2ca ciructon adr has
Bron Duurzaambedrijfsleven

C2CA Technology B.V. heeft een mobiele fabriek ontworpen die de productie van circulair beton op locatie mogelijk maakt. Door de recyclingtechnologie kan de materiaalkringloop van het product in de bouw volledig worden gesloten. In een eerder onderzoek stelde CE Delft dat de industrie onder meer door de kringloop te sluiten tot 30 procent op de uitstoot kan besparen.

Door de mobiel inzetbare recyclingtechniek wordt gebroken puin op locatie verwerkt tot direct toepasbare hoogwaardige grondstoffen voor nieuw beton: ‘circugrind’, ‘circuzand’ en ‘circument’. Volgens C2CA Technology B.V. gaat bij het proces geen materiaal verloren. Voeg een betonbreker en een mobiele mortelcentrale aan de technologie toe, en je maakt ter plekke nieuw beton.

New Horizon Urban Mining en grond-, weg-, en waterbouwer Rutte Groep hebben een machine die beton kan splitsen in zand, cement en grind. Het is wereldwijd voor het eerst mogelijk om beton op deze manier te recyclen.

Grafeen in beton

Britse wetenschappers hebben een technologie ontwikkeld om grafeen in beton op te nemen. Het resultaat is beton dat twee keer zo sterk is als het huidige materiaal met een lagere CO2-voetafdruk en vier keer zo waterbestendig is als bestaand beton.

Het proces vereist minder materiaal in vergelijking met een traditioneel productieproces. Door grafeen kan de hoeveelheid materialen die nodig is om beton te produceren met ongeveer 50 procent verminderen.Dit leidt tot een vermindering van 446 kilogram per ton CO2-uitstoot.

DSC 4000k

Kijk b.v. maar eens naar
http://www.hurks.nl/nl/bouw-techniek/prefabbeton
Zij maken steeds meer prefab in fabrieken en kopen energie in die voor 100 % bestaat uit Nederlandse windenergie.  

De sector behoort tot de hightech-sectoren in Nederland door innovaties in onder andere digitalisering, robotisering en nanotechnologie 3D printing. Men is aan het experimenteren met lichtdoorlatend beton. 3D betonprinters maken objecten die nooit mogelijk waren.

Waar wil men heen in de betonsector.

In 2030 willen mensen graag in de betonketen werken vanwege de maatschappelijke relevantie, de focus op duurzaamheid en het hightech profiel. Je werkt met vaktrots aan mooie, zichtbare objecten met toegevoegde- en toekomstwaarde in wat weer een Topsector is.

3D betonprinten21

Het is een veilige werkomgeving zowel fysiek als sociaal, met een personele samenstelling die een reële afspiegeling is van de diversiteit in de samenleving.

Er geldt een redelijke mate van baanzekerheid waarbij zowel medewerkers in vaste dienst als flexwerkers een contractvorm hebben die werknemer en werkgever op een gelijkwaardige wijze aan elkaar verbinden. Zowel vaste medewerkers als flexwerkers delen mee in de cultuur van leven-lang-leren.

Kennisinstellingen werven voldoende nieuwe aanwas, en eenmaal aan het werk is duurzame inzetbaarheid de norm. De organisatiecultuur is overwegend modern en slagvaardig, gericht op de middellange termijn eerder dan op het volgende project.

Management is vaardig in passend leiderschap. Samenwerking binnen de keten gebeurt op basis van vertrouwen en dat leidt tot minder faalkosten maar bovenal hogere toegevoegde waarde voor de eindgebruiker.

Van cement vloeren naar aarden vloeren.

De aarden vloeren van de Rwandese start-up EarthEnable verbeteren het leven van de allerarmsten en zorgen voor een sterke CO2 reductie omdat cement vloeren niet meer nodig zijn. Meer dan een miljard mensen wereldwijd wonen nog op een zandvloer. Deze vloeren zijn een broedplaats voor parasieten en ziektes. Cementvloeren zijn vaak het enige beschikbare alternatief, maar zijn duur en vervuilend. De vloeren van EarthEnable zijn gemaakt van lokale, natuurlijke materialen en worden afgedicht met een plantaardige olie. De vloeren zijn 75% goedkoper dan cement. De CO2–uitstoot ligt 90% lager. 

Smart Crusher van Alex Schippers kan uit betonpuin het ongebruikte cement terugwinnen.

Duurzaam cement

Eén van de belangrijkste elementen voor de productie van cement is kalksteen. Kalksteen is tegelijkertijd een grote bron van CO2.  Bij de productie van cement komt ongeveer één ton CO2 vrij voor iedere ton kalksteen. Het merendeel hiervan wordt uitgestoten door de kalksteen zelf. Door kalksteen te vervangen door de kleisoort kaolin en aluminium is die uitstoot te voorkomen Maar er zijn niet genoeg industriële overblijfselen om aan de wereldwijde vraag naar cement te voldoen.

Je kan ook CO2-afvangen en -opslaan. Anderen gebruikten i.p.v. kalksteen nanodeeltjes uit suikerbietvezels.

3D printen

(Prof Sales, Bos en Wolfs TUe)

3Dbrug

3Dwoningen

Zelfhelend beton

Het is algemeen bekend dat beton scheurt wanneer het onder trekspanning belast wordt. Die scheurtjes zijn vaak het begin van grotere problemen, zoals corrosie van het wapeningsstaal en uiteindelijk betonschade. Maar wat als beton in staat is om dergelijke scheurtjes zélf te repareren.

Als je bacteriesporen toevoegt aan cement kunnen ze scheurtjes in het beton dichten, door middel van het kalksteen dat ze produceren.

Maar hoe zorg je er voor dat de bacteriën op het juiste moment geactiveerd worden en hoe voorzie je ze op dat moment van de juiste voeding zodat ze daadwerkelijk kalksteen produceren?

Via coploymeren (van Sentiall) komen de bacteriën pas vrij als er scheuren in het beton ontstaan. Wanneer de co-polymeer afbreekt, dient deze meteen als voedsel voor de bacteriën.

De eerste grote projecten zijn inmiddels een feit. In 2017 werd een groot bluswaterbassin van Havenbedrijf Rotterdam voorzien van betonnen wanden die zichzelf kunnen repareren. “Aan de ene kant van het bassin hebben we Healing Agent toegevoegd en aan de andere kant niet, om het verschil te testen”, aldus Van der Woerd. “De wanden mét Healing Agent hebben nog geen lekkages vertoond, maar de muren zonder wel. Dat toont de meerwaarde van ons product onomstotelijk aan.”

De Romeinen en zelfhelend beton.

Ze voegden expres gemalen kalksteen toe. Als het kalksteen in contact komt met water (bijvoorbeeld door regenval) wordt het wat zachter, om in een later stadium weer te kristalliseren. Op die manier worden de scheurtjes constant (en spontaan) gevuld en neemt de levensduur van gebouwen aanzienlijk toe.

Balans

betonbalans

Learning materials – youtube – Formwork / Reinforcement / Concrete

Playlists
???? Formwork of reinforced concrete stairs –

https://youtube.com/playlist?list=PL19wrjRq-tkRzPYP_qWLSm_bpDZv2YM8w

???? Formwork of reinforced concrete ceilings -
https://youtube.com/playlist?list=PL19wrjRq-tkQ-IxjMHa5MeOs5o3IaovkM

???? Formwork of reinforced concrete walls –

https://youtube.com/playlist?list=PL19wrjRq-tkQUg4GmsDMqFMtqVMc_xx_-

???? Tie reinforcement for reinforced concrete components –

https://youtube.com/playlist?list=PL19wrjRq-tkRtIaWLzHbdFXCDLzeue6Mc

???? Concreting of reinforced concrete -

https://youtube.com/playlist?list=PL19wrjRq-tkSJhTVdm4hDYpe_WRWTfcE6

Learning Materials – DOKA Formwork

https://www.dropbox.com/sh/eav3rlgfljterdq/AAAjJdkLI0Uly4Y2RvSy-2yBa?dl=0

https://www.dropbox.com/sh/j5u0wvzsfrhok8s/AABXa2MRyeM1s0qdhNaV0SZVa?dl=0

Movies to motivate students to take part by the Skill Concrete Construction Work

https://youtu.be/ip9r33UMa8M

https://youtu.be/za0TFmR9EfM

https://youtu.be/PXJk02wB3bA

https://youtu.be/rzbsT5HlOCE

World Skills Competitions

https://www.worldskills.org/what/career/skills-explained/construction-and-building-technology/concrete-construction-work/

Chief Expert - Euroskills - Skill 52

https://worldskillseurope.org/index.php/what-we-do/promoting-skills/construction-and-building-technology/concrete-construction-work

Timelapse:

https://youtu.be/iW4LDGmcI7s

https://youtu.be/D0t6gOOZMO0

Other

https://youtu.be/nH27Z29cak4

https://youtu.be/BYmWscyWJfE

Voor meer info kan je Dit e-mailadres wordt beveiligd tegen spambots. JavaScript dient ingeschakeld te zijn om het te bekijken.  mailen.