In mei 2023 werden Hans de Wit (Royal HaskoningDHV / TEC) en Niki Loonen (ABT) door een onafhankelijke jury uitgeroepen tot respectievelijk Constructeur van het Jaar en Koploper Duurzaamheid. Deze jaarlijkse verkiezing wordt georganiseerd door VNconstructeurs. In een serie columns in Cement geven beiden hun visie op een aantal belangrijke ontwikkelingen in het constructeursvak. In deze aflevering is het de beurt aan Niki Loonen.
Bij verduurzaming van beton is er nog weinig aandacht voor de invloed van het wapeningsstaal dat in veel beton wordt toegepast. Wat mij betreft is dat geheel onterecht. Wapeningsstaal heeft namelijk een groot aandeel in de CO2-uitstoot van beton: ongeveer 25%. Ook zorgt wapening ervoor dat veel betonconstructies een beperkte levensduur hebben door betonrot, dat het gevolg is van corrosie van de wapening. Voor een duurzame betonsector zal dus ook veel aan de wapening moeten veranderen. Wapeningsstaal moet duurzamer worden geproduceerd en efficiënter worden toegepast. En het gebruik van alternatieve wapening moet worden opgeschaald.
Voor een duurzame betonsector zal dus ook veel aan de wapening moeten veranderen
Staal uit vlamboogoven
Wapeningsstaal in Nederland bestaat voor het overgrote deel uit staal uit een vlamboogoven. Dit staal is geproduceerd uit schroot en wordt elektrisch gesmolten. Met ongeveer 1 kg CO2 per kg is de CO2-uitstoot van wapeningsstaal veel lager dan van staal dat met erts en kolen wordt geproduceerd in een hoogoven (circa 2,5 kg CO2 per kg staal). Met de steeds duurzamer wordende energieopwekking in Europa zal de CO2-uitstoot van vlamboogovens verder afnemen. Daarnaast is er de ontwikkeling dat staal uit erts met groene waterstof geproduceerd gaat worden, waardoor de CO2-impact ook daarvan veel lager zal liggen.
Dat de impact van wapeningsstaal op termijn afneemt, neemt niet weg dat we volop moeten proberen het gebruik van wapeningsstaal te beperken. Maatregelen daartoe zijn bijvoorbeeld exacter wapenen, hoogwaardig rekenen, hybride wapenen (wapening in combinatie met staalvezels) en het toepassen van andere materialen dan staal. Want hoewel we staal uit elektrische ovens gebruiken, leidt iedere kilo minder wapeningstaal tot minder productie van CO2-intensief nieuw staal; wereldwijd is er namelijk meer vraag naar staal dan aanbod.
Exacter wapenen
Door exacter te wapenen, kan de hoeveelheid staal worden gereduceerd. Bij prefabricage zien we dat al, dankzij het gebruik van wapeningsrobots. Door alleen de wapening aan te brengen die écht nodig is, kan een kwart tot de helft minder wapening worden toegepast. Uit oogpunt van ‘praktisch wapenen’ is er bij veel toepassingen sprake van verspilling. Zeker voor de constructeur is exacter wapenen extra werk, maar met automatisering kan dit worden beperkt. De schroom om veel bijlegstaven en variaties in diameter te gebruiken moet worden weggenomen, ook al is dat minder praktisch in de uitvoering.
Zelden worden constructies gemodelleerd op een wijze die leidt tot een optimale wapening. Met niet-lineaire 3D-eindige-elementenberekeningen kunnen betonconstructies veel nauwkeuriger worden geconstrueerd. Dit leidt tot beter inzicht in de werkelijke krachtswerking. Hierdoor worden constructies veiliger én wordt geen extra wapening toegepast op de plekken waar die geen nut heeft, ook niet voor een verborgen capaciteit. In windturbinefundaties bijvoorbeeld, waarin boog- en membraanwerking optreedt in aanvulling op buiging en dwarskracht, kan met 3D-EEM-berekeningen 20% tot 40% wapening worden bespaard (fig. 2). Dergelijke besparingen zijn bij meer toepassingen mogelijk.
Hybride wapenen
Soms is extra wapening nodig voor dwarskracht en/of (krimp)scheurwijdtebeheersing. Bij deze toepassingen is hybride wapenen, oftewel wapenen met staalvezels én wapeningsstaven (foto 3), vrijwel altijd materiaalefficiënt. De kwaliteit en effectiviteit van staalvezels is de afgelopen jaren steeds verder toegenomen, waardoor met 30 kg/m3 aan staalvezels al ‘bending hardening’ (het toenemen van de momentcapaciteit na het ontstaan van de eerste buigscheuren) kan worden gerealiseerd. Met 30 kg/m3 wapeningstaven is dit uitgesloten. Bij veel warehousevloeren en diverse kelders is hybride wapening al op effectieve wijze toegepast. Wapeningsreducties van 33% of meer zijn met hybride wapening geen uitzondering.
Voor de engineering kan gebruik worden gemaakt van de fib Modelcode 2010 en hopelijk zo snel mogelijk ook van de nieuwe versie van de Eurocode, waarin een hele bijlage is opgenomen over staalvezelbeton.
Betonrot
Rijkswaterstaat staat de komende decennia, net als vele andere opdrachtgevers, voor de grote uitdaging om betonrot te beheersen en kunstwerken of (onderdelen van) bouwwerken met te veel schade te vervangen (foto 4). De term betonrot verbloemt dat niet beton, maar de wapening het probleem is. Het Pantheon in Rome is gerealiseerd met ongewapend beton dat inferieur is aan ons beton, maar heeft wel al een levensduur van 2000 jaar. Hoe onlogisch is het dan dat bij het vervangen van kunstwerken met betonrot, wederom wapeningsstaal wordt toegepast dat op termijn ook weer gaat ‘rotten’? En dat terwijl er een oplossing is, namelijk alternatieve wapening die niet ‘rot’.
Wapening met glas- of basaltvezel
Alternatieve wapening in de vorm van glas- of basaltvezelstaven (foto 5) wordt al vele decennia geproduceerd in landen als Canada, de Verenigde Staten en Rusland en daar wordt het ook gereguleerd toegepast. En behalve dat alternatieve wapening de levensduur van beton verlengt – het corrodeert niet –, neemt de CO2-impact in veel gevallen af.
Glas- en basaltvezelstaven zijn niet de oplossing voor alles. Dergelijke wapening is niet hoogwaardig recyclebaar, staven zijn niet te buigen, de stijfheid is lager en dikke staven zijn minder effectief. Wapenen met glas- en basaltvezel vraagt dus een andere aanpak en is vooral effectief bij een lange levensduur in condities waar betonrot kan optreden.
Pilots
Door pilotprojecten uit te voeren kan ervaring worden opgedaan met alternatieve wapening. Zo is er bij de renovatie van het aquarium van Artis voor gekozen één van de drie aquaria met basalt te wapenen (foto 6). Met balktesten is vastgesteld dat met hybride wapening van basaltstaven en basaltmacrovezels de scheurwijdte voor waterdichtheid goed kon worden beheerst. Door slim te detailleren kon met één type haarspeld worden volstaan, die door de leverancier vooraf in de gewenste vorm is geproduceerd. De CO2-impact van de basaltwapening blijkt ongeveer gelijk aan wapeningsstaal uit een vlamboogoven en een factor 2,5 lager dan staal uit een hoogoven. De levensduur van het aquarium met basaltwapening zal echter nagenoeg eindeloos zijn.
De combinatie van basaltstaven en staalvezels lijkt overigens ook veel potentie te hebben door de hogere effectiviteit van staalvezels ten opzichte van basaltmacrovezels. Â
Door bewuster om te gaan met wapening in beton kunnen levensduur én CO2-impact aanzienlijk verbeterd worden
Bewust
Door veel bewuster om te gaan met wapening in beton kunnen zowel op levensduur als CO2-impact aanzienlijke verbeteringen worden gerealiseerd.
Curriculum Vitae ir. Niki Loonen
ing. Niki Loonen
47 jaar
Werk
1999 – heden  ABT
1997 – 1998    KEMA Consulting
Opleiding
1993 – 1997    Civiele Techniek, Hogeschool van Arnhem en Nijmegen
Nevenwerkzaamheden
2018 – heden  Docent betonvereniging
2022 – heden  Arbiter bij de Raad van Arbitrage in Bouwgeschillen
Â
Dit artikel is eerder verschenen in Cement 2024/2.
Deel deze pagina
Meer weten over dit onderwerp?
 | Frank Kaalberg |