Innovatieve toepassingen van hoogsterktebeton
Moderne technologie voor hoogsterktebeton biedt architecten een scala aan mogelijkheden
Beton in de architectuur is uiteraard niet nieuw. Maar meestal gaat het alleen om materiaal waarmee zeer massieve en zware constructies gebouwd kunnen worden. Moderne varianten van hoogsterktebeton bieden echter mogelijkheden om zeer kwetsbare constructies met een bijzondere architectonische waarde te bouwen. Door de combinatie van een eenvoudige giettechniek als productiemethode en extreme materiaaleigenschappen ontstaat direct een betaalbaar en vooral duurzaam product.
TERMINOLOGIE
De term 'hoogsterktebeton' wordt vaak gebruikt, hoewel het niet altijd duidelijk is wat hier precies onder verstaan wordt. In de Nederlandse CUR-aanbeveling 97 (2004) werd voor het eerst een eenduidig beeld geschetst van de sterkte-eigenschappen waaraan dit beton moest voldoen. Hierbij wordt ervan uitgegaan dat 'traditioneel' beton een maximale druksterkte van 65 MPa bereikt. Voor hoogsterktebeton (HPC) bedraagt de grenswaarde 105 MPa, terwijl de grenswaarde voor zeer hoogsterktebeton (VHCC) en ultrahoogsterktebeton (UHCC) respectievelijk 150 en 200 MPa bedraagt. Bij deze verdeling werd uitsluitend rekening gehouden met de kubieke drukweerstand en de limieten waren tamelijk willekeurig. Bovendien was het onderscheid tussen de types niet voor iedereen duidelijk. Vermeldenswaard is ook dat het tegenwoordig, dankzij de snel veranderende betontechnologie, mogelijk is om beton te produceren met een druksterkte die ruim boven de 200 MPa ligt in deze distributie. Beton bestond aanvankelijk uit de ‘klassieke’ ingrediënten grof grind, zand en cement, maar ontwikkelde zich in de jaren negentig tot een materiaal waaraan een zeer fijne fractie werd toegevoegd. In veel gevallen speelde deze fijne fractie ook een actieve rol in de ontwikkeling van resistentie. Dit opende zeker mogelijkheden voor een grotere druksterkte. Tegenwoordig kan nanofractie ook worden toegepast in betontechnologie, wat een heel andere benadering van mengen vereist. Bovendien worden er vaak fijne vezels aan het BHP-mengsel toegevoegd, wat zorgt voor een grotere ductiliteit. Als dit de druksterkte beïnvloedt, dan is het duidelijk dat ook alle andere mechanische en fysische eigenschappen aanzienlijk afwijken van die van een klassiek (hoogsterkte) beton. Gezien de eigenschappen van 'modern' HPC is het wellicht beter om dit materiaal te beschrijven met de Engelse termen High Performance Concrete (HPC) en Ultra High Performance Concrete (UHPC). De term ‘prestatie’ geeft duidelijk aan dat het niet alleen om druksterkte gaat.
Het verschil tussen de twee is voornamelijk dat een UHPC een hoge ductiliteit heeft, terwijl deze bij een HPC beperkt is. In de literatuur zijn er veel variaties van deze naam te vinden die een bepaalde eigenschap of ingrediënt benadrukken, maar in wezen is het altijd een UHPC. We spreken bijvoorbeeld van een UHPFRCC (Ultra High Performance Fibre Reinforced Cementitious Concrete) als we het over een UHPC hebben waarbij we de nadruk willen leggen op de toevoeging van vezels en cement.
GRONDSTOFFEN
Naast de klassieke bestanddelen van beton worden in een UHSB daarom ook fijne reactieve materialen gebruikt. UHPC. Cement speelt nog steeds een belangrijke rol als hydraulisch bindmiddel (iets dat reageert met water en uithardt en na uitharding niet meer oplost in water). Als alternatief kunnen vliegas en metakaolien worden gebruikt, die voornamelijk als puzzolaan werken (puzzolaan is een bindmiddel dat niet reageert met water, maar met een mengsel van water en kalk) en die een deeltjesgrootte hebben die vergelijkbaar is met die van cement. De gebruikte vliegas is in principe koolstofpoedervliegas van energiecentrales. Metakaoliniet is een amorf aluminosilicaat dat wordt verkregen door warmtebehandeling van kaoliniet, een soort zuivere klei. Extreme verbeteringen in eigenschappen kunnen echter alleen worden bereikt door het toevoegen van zogenaamde microsilica's. Deze poeders zijn ongeveer 40 keer fijner dan cement. Ze ontstaan als restpoeder bij de productie van siliciumproducten. Ze reageren als puzzolaan en zijn door hun vorm en grootte ook interessant als opvulmateriaal tussen grotere korrels. Door fijn poeder aan beton toe te voegen, ontstaat er gegarandeerd een gesloten 'skelet' met het korrelige materiaal. Maar dit product blijft behoorlijk kwetsbaar. Om de ductiliteit van het materiaal te verbeteren, kunnen er fijne vezels aan worden toegevoegd. Bij een breuk in het steenachtige deel van het beton zorgen de massieve vezels ervoor dat de scheuren worden gecompenseerd en de vorm behouden blijft. Op nanoniveau moeten we microvezels gebruiken. Meestal zijn dit synthetische vezels met een lengte van 5 tot 25 mm. Zeer korte vezels verhogen de treksterkte en iets langere vezels verbeteren het plastische gedrag.
