Een goede infrastructuur is van levensbelang voor een relatief klein land als Nederland. Beton vormt samen met staal en asfalt de hoofdingrediënten voor onze infrastructuur. We hebben een aantal specialisten uit de ‘betonwereld’ samengebracht om te discussiëren over het thema beton. Hoe heeft beton zich de afgelopen jaren ontwikkeld? Wat zijn de trends en innovaties, ook gericht op de bekisting, en hoe gaan we om met 3D, 4D en zelfs 5D BIM? Kortom, genoeg stof voor een leuke en vooral informatieve discussie.
Klimaatverandering, CO2 reductie, maar ook circulariteit zijn termen die we de afgelopen jaren steeds vaker horen, begint Gert van der Wegen. “Nederland is nog steeds geen wereldkampioen met voetballen, maar op het gebied van milieu-inspanningen in de bouw, met name bij beton, zijn we dat al 25 jaar. En dat zullen we de komende vijf tot tien jaar ook nog wel blijven. De druk op het milieu zal ertoe leiden dat we met steeds andere grondstoffen te maken krijgen; minder primair, meer secundair. Terwijl aan de andere kant de eisen die we aan beton stellen alsmaar zwaarder worden, denk aan functionaliteit, prestatie, levensduur et cetera. Dat is één van de grootste uitdagingen voor de komende tijd.” Ook René van Zutven kan dat beamen: “Je hoeft het journaal maar te kijken en je weet waar het overheidsbeleid naar toe gaat de komende vijftien jaar. CO2 neutrale betonbouw zal het kernwoord zijn voor de komende jaren. Begin mei nog is een aantal topmannen van grote Nederlandse bedrijven op expeditie geweest in Spitsbergen. Zo konden ze met eigen ogen zien hoe snel het poolklimaat verandert als gevolg van de opwarming van de aarde.”
Wereldkampioen
Wat is de reden dat Nederland een vooraanstaande positie inneemt of zoals Gert illustreert ‘wereldkampioen’ is? “Nederland is een dichtbevolkt land. Voor het storten van afvalstoffen is niet zoveel plek. In die zin zijn we al in de jaren tachtig min of meer noodgedwongen (al zit het ook in ons DNA) gaan kijken naar alternatieve oplossingen voor het storten van puin, zoals het breken van beton tot betongranulaat. Nederland was vervolgens begin jaren negentig het eerste land met een stortverbod voor puin. Dat is nu Europees beleid. Volgens de doelstellingen moeten we in Europa in 2020 70% van het bouw- en sloopafval nuttig gaan hergebruiken. In Nederland doen we dat al bijna twintig jaar meer dan 95%. Ter vergelijk: in Europa is dat nu nog gemiddeld circa 30%.” Wim Kramer: “Betonpuin wordt in Nederland voor 100% hergebruikt. Slechts 4 a 5% keert echter terug als grindvervanger in betonmortel, het overgrote deel van het granulaat wordt verwerkt als fundatiemateriaal of bijvoorbeeld in beton voor fietspaden waar geen constructieve norm aan hangt. Volgens de norm en constructieve berekening mag tot 30% van het grind in beton vervangen worden door betongranulaat, zonder dat de constructieve rekenregels hoeven te worden aangepast.” Bas Tims maakt een terechte opmerking en stelt dat de eisen die aan het beton worden wel gesteld steeds hoger worden. Wim Kramer: “Bij toepassing van betongranulaat als grindvervanger is inderdaad meer cement nodig om een vergelijkbare sterkte en betonkwaliteit te verkrijgen en dat gaat gepaard met iets meer CO2 ontwikkeling. Ook de waterbehoefte is groter.” De reden om betongranulaat te gaan inzetten is in het kader van circulariteit, waarbij minder primaire materialen worden ingezet en meer secundair materiaal, resumeert Gert van der Wegen.
Werk met werk maken
Het breken van beton tot kleine delen is wel een arbeidsintensief proces, meent Jeffrey Man. Gert van der Wegen nuanceert dat enigszins: “Betongranulaat zit qua milieuprofiel dicht bij zand en grind. Het zijn relatief eenvoudige installaties om puin te breken. Over het algemeen zijn het meer de transportafstanden die de keuze voor een betongranulaat al dan niet rechtvaardigen.” Wim Kramer: “De weg van de toekomst in Oss was een voormalige betonweg, waarvan het puin in de dichtstbijzijnde centrale (op een paar kilometer afstand) is gebroken en opgewerkt. Al het puin uit die oude weg is hergebruikt in de viaducten en onderdoorgangen van de nieuwe weg. Het streven is om werk met werk te maken. Ook voor de opwaardering van de A1 zijn de oude viaducten gesloopt en hergebruikt.” Bas Tims: “Helaas hebben we in de weginfra veel met asfalt te maken en te weinig met beton.” De achterliggende gedachte daarvan is volgens Gert van der Wegen enerzijds geluidsoverlast en anderzijds de lagere stichtingskosten. “Rijkswaterstaat hecht veel waarde aan het reduceren van geluidsoverlast door het verkeer. Zoab veroorzaakt minder geluidsoverlast dan beton. Overigens is begin jaren negentig ook een cementvariant van ‘zeer open beton’ ontwikkeld als geluidsarm wegdek, maar dat concept heeft het niet gered. Een betonweg ligt qua stichtingskosten iets hoger, maar qua onderhoud juist weer lager. Helaas staat het budget voor het aanleggen vaak los van het potje voor onderhoud.”
Slim(mer) breken
Momenteel wordt betonpuin gebroken tot betongranulaat, maar de kern van de cementkorrel is nog ongehydrateerd, stelt Bas Tims. “Het is wenselijk om betonpuin volledig te scheiden in zijn basiscomponenten; zand, grind en cementsteen.” De technologie om beton slimmer te kunnen breken is inmiddels al op laboratoriumschaal ontwikkeld, weet Gert van der Wegen. “De zogenaamde SmartCrusher laat het betonpuin niet op druk bezwijken, maar op afschuiving in de poreuze grenslaag tussen cementsteen en zand/grind. Op die manier wordt het zand en grind nagenoeg volledig gescheiden van de cementsteen. De kern van de cementsteenkorrel is nog klinker en heeft andere eigenschappen dan de gehydrateerde cementschil er omheen. Als je die ook van elkaar zou kunnen scheiden, kan de kern van de cementkorrel weer als cement op de markt worden gebracht en de gehydrateerde cementschil als vulstof in beton of als grondstof voor de klinkerproductie. Een prachtige ontwikkeling, waarvoor de eerste stappen al zijn gezet op laboratoriumschaal.”
Hoogovencement
In de norm zijn eisen gesteld aan de betonsamenstellingen. Kijkend naar de betonsamenstellingen dan gebruiken we in ons land volgens de heren aan tafel vooral cementsoorten met een laag klinkergehalte. “Juist in de infra wordt hoofdzakelijk hoogovencement toegepast in plaats van portlandcement,” zegt Wim Kramer. “Dat heeft met name te maken met de lagere snelheid waarmee de sterkte van hoogovencement zich ontwikkelt. Er komt dan minder warmte vrij.” Kramer verduidelijkt een en ander met een voorbeeld. “Bij het storten van bijvoorbeeld een landhoofd van een viaduct is het wenselijk dat de uitharding geleidelijk plaatsvindt om scheurvorming te voorkomen. Het is belangrijk om de temperatuur van de betonmassa zo goed mogelijk onder controle te houden. Behalve het rondpompen van koelwater door koelslangen in de constructie levert de inzet van hoogovencement of low heat cement een wezenlijke bijdrage aan de reductie van de warmteontwikkeling. Mede om die reden is hoogovencement uitermate geschikt voor massabeton ten behoeve van kunstwerken in de infra.”
Circulair bouwen
Het aandeel in situ beton heeft in de infra nog altijd de overhand. Volgens Gert van der Wegen zijn er wel initiatieven rond circulaire kunstwerken. Zo is een consortium bezig met de ontwikkeling van een circulair viaduct, dat zo wordt ontworpen en gebouwd dat het na verloop van tijd nagenoeg volledig gedemonteerd kan worden om het vervolgens elders opnieuw toe te passen.” Bas Kerkhof vraagt zich af wat de rol van de architect en welstand nog is in een dergelijk concept? “Een infraproject heeft altijd een redelijk strak omschreven PvE waarbij ofwel welstand, ofwel de architect een stevige vinger in de pap heeft. Bouwen met een standaard product is dan een lastige opgave in veel gevallen.” Bas Tims: “In de woning- en utiliteitsbouwsector is prefab betonbouw al lang en breed geaccepteerd. Het is aan de architect om zijn creativiteit erop los te laten. Architecten die er voor open staan en creatief zijn, kunnen denk ik ook met een circulair product veel bereiken en zich daarmee onderscheiden. Ook in de infra.” Bas Kerkhof heeft toch zijn twijfels: “De gemiddelde Nederlander zal het waarschijnlijk als minimaal toegevoegde waarde beoordelen, maar de weginfra in ons land heeft veelal een unieke uitstraling om de herkenbaarheid te symboliseren. De A2 is daar een mooi voorbeeld van. De architect heeft een flinke stempel op het ontwerp gedrukt met spraakmakende geluidsschermen, maar ook met vogelmotieven die over de hele route zijn opgenomen. De A12 staat op zijn beurt bekend als de regenboogroute. Er keert dus overal een bepaald thema terug en een standaard bouwmethode kan dan beperkend werken.” Alleen al voor de A2 zijn 82 unieke mallen gemaakt om de vogels te kunnen realiseren, weet Wim Kramer.
Bekisting
Over mallen en bekistingen gesproken, welke ontwikkelingen zijn er gaande in deze wereld? René van Zutven: “Laat ik voorop stellen dat een bekisting geen hightech product is waar je heel snel ontwikkeling in ziet, in de zin van halvering van tijden, et cetera. Het zijn allemaal relatief kleine veranderingen die het product aantrekkelijk maken. Wereldwijd zie je wel verschillen. In de westerse wereld wordt altijd gekeken naar oplossingen om op arbeidstijd te kunnen besparen, terwijl productontwikkelingen die zich oriënteren op landen als India veel meer zijn gericht op lichtere materialen; hier gebeurt het bekisten veelal nog met de hand.”
Volgens Bas Tims vraagt een bekisting voor infrastructurele werken vaak om maatwerk. “Wel zijn er tegenwoordig oplossingen om bekistingen meer dan één keer te gebruiken door het beste van twee of meerdere werelden te combineren; denk aan hybride systemen. Helaas wordt in de infra vooral op projectniveau gedacht en geïnvesteerd, en wordt niet of nauwelijks het grote geheel meegewogen. De Waalbrug in Nijmegen is daar een schrijnend voorbeeld van,” zegt Bas Tims stellig. “Architecten vinden het schitterend om unieke kunstwerken te ontwerpen, maar naar duurzaamheid toe kun je daar vraagtekens bij zetten. Je kapt gewoon oerwouden voor eenmalige ondersteuning.” Bas Kerkhof: “Als je ziet wat er aan bouw- en sloopafval wordt afgevoerd aan het einde van ieder infraproject, dat is gigantisch. Dat is een vernietiging van grondstoffen. Een immense hoeveelheid bekistingshout voor het maken van de Waalbrug is na de betonstort compleet overbodig geraakt. Dat is schandalig voor woorden. Maar het is wel weer een voorbeeld van de stempel die een stad, architect of welstand op een project drukt. Het moet gewoon gemaakt worden. Punt uit. Ik heb soms het gevoel dat niet op de juiste manier naar duurzaamheid wordt gekeken. Je moet beginnen bij de kern, bij een zo optimaal mogelijk ontwerp.” René van Zutven: “Aan de andere kant, die ontwerpvrijheid maakt ons land wel mooier. Ik kan daar van genieten. De weg van de toekomst in Oss heeft ook een paar leuke vormen. Dat geeft zo’n project toch iets meer cachet. Neemt niet weg dat we inderdaad beter en slimmer met onze grondstoffen en dus ook bekistingen kunnen omspringen. Zo zijn er nu ontwikkelingen gaande met bekistingen die 100% recyclebaar zijn, zoals kunststof oplossingen die tot granulaat kunnen worden gebroken en hergebruikt worden in een nieuwe bekisting. Grootste ‘probleem’ is dat beton druk geeft, dus de bekisting zal wel de krachten moeten kunnen opnemen. Hier ligt dus nog een uitdaging.”
3D printen
Is 3D printen een gevaar voor de bekistingsindustrie? Bas Tims ontvangt deze technologie met open armen. “Het is weer een mogelijkheid om iets te produceren met voors en tegens,” zegt hij. “Decennia geleden dook de kneedbare bekisting op. Destijds dacht men dat het de traditionele bekistingswereld volledig op zijn kop zou zetten. Dat is niet gebeurd. En dat zal met 3D printen ook niet gaan gebeuren.” Ook Gert van der Wegen denkt dat 3D printen een plekje gaat krijgen, als aanvulling op. “De vraag is ook of printen opweegt tegen de kosten van een IBE profiel dat goedkoop is en relatief eenvoudig te verwerken,” zegt Bas Tims. “Voor dubbel gekromde oppervlakken is printen wellicht wel een goede optie.” Bas Kerkhof ziet wel mogelijkheden om de bekisting als integraal onderdeel van de constructie te printen. “Bijvoorbeeld een balkframe ten behoeve van een funderingssloof printen, het koppelframe plaatsen en vervolgens netjes afstorten en klaar, als zijnde een verloren bekisting. Het zal voor lang niet alle constructies wenselijk zijn, maar het zijn wel ontwikkelingen om arbeid (en materiaal) te besparen.”
Wapening
Als het gaat om duurzaamheid van beton speelt ook de wapening natuurlijk een belangrijke rol. Wim Kramer: “We zien ontwikkelingen waarbij het staal wordt vervangen door bijvoorbeeld CO2 vriendelijkere vezels van polypropyleen, constructieve kunststofvezels.” Jeffrey Man ziet de toepassing van kunststof wapeningsvezels nog niet als een vervanger maar wel als een opkomende trend en meent dat in de toepassing van stalen wapening genoeg efficiencyslagen valt te behalen. Met name op het vlak van BIM. “In het kader van duurzaamheid is het belangrijk dat er in het voortraject goed wordt nagedacht over de wapening. We zijn snel geneigd om meer wapening te gaan gebruiken om bijvoorbeeld sterker beton te realiseren, maar het is juist de kunst om zo min mogelijk wapening toe te passen om het meest efficiënte momentum eruit te kunnen halen.” Staal blijft wel, verwacht ook Gert van der Wegen. “Wel moet er inderdaad een efficiencyslag worden gemaakt, want soms zie ik voorbeelden waarbij de wapeningsdichtheid zo hoog is dat er nog nauwelijks beton tussenkomt.” Jeffrey Man: “Het is daarom belangrijk om de wapening in 3D uit te zetten. Een model toont vele malen beter hoe complexe knelpunten opgelost kunnen worden. Dat komt de uitvoering en doorlooptijd ten goede. Juist door 3D engineering kan je intelligentie toevoegen aan het BIM model en relatief eenvoudig een efficiëntieslag maken om vervolgens het model aan een planning te koppelen (4D) en dat weer te vertalen naar kostenefficiëntie (5D). Kortom, met een duurzame gedachte engineeren. Materiaaloptimalisatie heeft immers ook effect op transportbewegingen, et cetera.” Bas Kerkhof: “De BIM methodieken zijn sterk in ontwikkeling, maar de bouw staat hierin wel verder dan de infra. BIM is nog lang niet tot in de haarvaten van alle organisaties doorgedrongen. Op dit moment wordt nog redelijk veel gegrepen naar 2D en platte tekeningen.” Het heeft tijd nodig, zegt René van Zutven tot besluit: “Het beleid van Rijkswaterstaat is er uiteindelijk op gericht om in de toekomst 100% in BIM te gaan werken.”