PWO SG TECH Eco²-crete mortels: duurzaam en ecologisch betonherstel
In de jaren ’60 en ’70 kende Europa een explosieve toename van gewapende betonnen structuren, mede door de nasleep van de Tweede Wereldoorlog. De wederopbouw van de steden en groeiende economie vroeg om snelle en duurzame bouwmethoden, waarvoor gewapend beton een ideale oplossing bood. Wanneer een betonnen constructie zorgvuldig wordt ontworpen, uitgevoerd, nabehandeld, geïnspecteerd en onderhouden volgens de geldende normen, kan voor structuren in de klasse S4 een minimale levensduur van 50 jaar worden verwacht. De ontwerplevensduur is anno 2025 van een groot aantal betonnen structuren bereikt, waardoor er ons een golf aan betonherstel staat te wachten waarbij veel klassieke herstelmortels zullen worden ingezet. Naarmate de vraag naar reparatie en bijgevolg ook de vraag naar herstelmortels (om de originele betonstructuur te reconstrueren en te beschermen) toeneemt, neemt ook de vraag naar de productie van cement toe. Het optimaliseren van de herstelmortels is bijgevolg van cruciaal belang in een duurzaam betonherstel.
Traditionele cement gebaseerde herstelmortels hebben een hoog portlandklinker-gehalte (gemiddeld vier keer meer dan bij beton) en worden toegepast met een lage water/cement factor. Hierdoor heeft een traditionele herstelmortel een hoge milieu-impact en is de mortel gevoelig aan autogene krimp. De autogene krimp induceert scheuren die optreden als paden voor schadelijke stoffen waardoor de gewenste levensduurverlenging (GLV) vaak niet wordt gehaald. Dit heeft niet enkel een grote invloed op de prestaties en de (technische en ecologische) duurzaamheid van de mortel zelf, maar heeft eveneens een impact op het herstelde beton. Verder, wordt de ontwikkeling van duurzame herstelmortels opgedrongen vanuit enkele beleidsprogramma’s en ideologieën: de circulaire economie (CE), het Vlaams Betonakkoord (2022), Vlaams Energie- & Klimaatplan (2021) en de Europese Green Deal (2020). Er moeten alternatieven worden gevonden om het klinkergehalte te verlagen zodat de cementindustrie tegen 2050 koolstofneutraal kan worden, zoals bijvoorbeeld opgelegd in het Vlaams betonakkoord en dit zonder afbraak te doen aan de prestaties van de mortel. Twee problemen worden vastgesteld. Er is nood aan “duurzame/groene” herstelmortels en nood aan doorstroom van kennis en ervaring omtrent het veilig toepassen van deze duurzame herstelmortels naar stakeholders in de sector. Vanuit DUBiT blijft de prangende vraag: hoe kan betonschade op een duurzame manier aangepakt worden? Duurzaamheid wordt in al zijn facetten bekeken: technisch, economisch, ecologisch en circulair. Er wordt ingezet op de 5C-benadering van het Cembureau (waardevolle strategie om de CO2-uitstoot in de bouwsector te verminderen): minder CO2 in de productie van klinker, minder klinker in cement, minder cement in beton, minder beton in constructies, en uiteindelijk minder constructies. Dit onderzoek richt zich vooral op minder klinker en cement in mortel, wat de impact op materiaalniveau vergroot.
Het doel van dit onderzoek focust zich op de aanzet tot het creëren van duurzame herstelmortels op vlak van durability en sustainability. Met durability wordt de prestatie-eisen van de mortel bedoeld, waarbij de mortel zijn functie moet blijven behouden over de GLV. Met sustainability wordt het verlagen van de milieu-impact bedoeld door bijvoorbeeld het gebruik van alternatieve Portlandklinker vervangers zoals Supplementary cementitious materials (SCMs). Door gebruik te maken van SCMs (restproducten) (slakken, geopolymeren of bodemassen) is het de bedoeling om de milieu-impact van een herstelmortel te verlagen. Naast een alternatief voor klinkers, kunnen superabsorberende polymeren (SAPs, polymeren met een zeer hoog absorberend vermogen cfr. luiers) worden toegevoegd om in te spelen op de scheurproblematiek ten gevolge van autogene krimp en het nadelig effect op de GLV. SAPs hebben hun nut bewezen bij klassieke betonstructuren waarbij ze inspelen op het verminderen van krimp en bijhorend scheurgedrag om zo de levensduur van de betonstructuur verlengen. De bedoeling is om na te gaan in welke mate SAPs en SCMS het gedrag van herstelmortels positief kunnen beïnvloeden doormiddel van experimenteel en literatuur onderzoek. Het is de bedoeling om binnen het onderzoeksjaar een overzicht te creëren waarin de morteleigenschappen worden weergegeven in functie van de mortelsamenstelling (het type SAPs/gebruikte klinkeralternatieven en de toegevoegde/vervangen hoeveelheid) en applicatiemethode.
Hoe kunnen duurzame herstelmortels worden ontwikkeld en toegepast om de ecologische en technische prestaties te optimaliseren, rekening houdend met materiaalkeuze, milieu-impact en kostenefficiëntie?
Welke traditionele en alternatieve (commerciële) herstelmortels en SAP-materialen zijn op de markt beschikbaar of worden in literatuur beschreven, wat zijn hun samenstellingen en eigenschappen, en wat is de noodzakelijke kennis en ervaring om deze eco-mortels toe te passen?
Hoe beïnvloeden alternatieve bindmiddelen en SAP’s de verwerkbaarheid, krimp, mechanische eigenschappen, hechting en de gevoeligheid van herstelmortels voor verschillende applicatietechnieken en substraatoppervlakten? (getest volgens de geldende normen)
