TNO-consortium ontwikkelt succesvolle methodologie om betoninnovaties naar de markt te brengen

De Nederlandse bouwsector wil in 2050 volledig klimaatneutraal zijn. Ruim daarvoor, in 2030, moet de CO2-uitstoot al met 55% en het gebruik van primaire grondstoffen met 50% zijn gereduceerd. Door de veelvuldige toepassing van beton is een belangrijk onderdeel van deze missie het vinden en ontwikkelen van duurzame alternatieven.

Om emissies te reduceren en minder primaire grondstoffen te gebruiken, wordt er volop gesleuteld aan de receptuur. Dat kan echter maar binnen een beperkte bandbreedte, verduidelijkt Jeroen Kruithof, Senior Business Developer Building Materials bij TNO: “Als je het recept wijzigt, dan veranderen meestal ook de eigenschappen van het beton en de constructies waarin dit wordt gebruikt. Die afwijkingen moeten binnen de bandbreedtes van de normen en regels blijven, wil de bouw ermee kunnen rekenen en werken. Bij te grote afwijkingen moet je als leverancier opnieuw aantonen dat het materiaal veilig is.”

Grote verschillen tussen lab en praktijk

Maar zelfs als leveranciers binnen die bandbreedte blijven, zijn er nog heel veel tests en onderzoeken om de veiligheid en betrouwbaarheid aan te tonen. “Het blijkt vaak lastig om die eigenschappen met proeven aan te tonen”, weet Kruithof. “Bovendien heb je te maken met de soms forse verschillen tussen prestaties van nauwkeurig samengestelde labmengsels en de praktijkmengsels die op de bouwplaats worden gedraaid. Veel beheerders zijn daarom ook sceptisch over labtests: leuk dat het in het lab werkt, maar hoe zit dat in de praktijk? Dat is ook de reden waarom we met één type beton, geopolymeerbeton, uitgebreid in de praktijk zijn gaan testen.”

In plaats van cement maakt geopolymeer gebruik van aardachtige materialen als bindmiddel die alkalisch geactiveerd worden. Dit levert vergelijkbare eigenschappen en prestaties op als cementsteen, met tot 80% minder CO2-emissie in de productiefase. Kruithof: “Het ging ons niet perse om dit alternatief, maar vooral om een blauwdruk te ontwikkelen voor een test- en implementatieproces. Wat komt er allemaal bij kijken om zo’n nieuwe betonsoort betrouwbaar toegepast te krijgen?”

Markt in beweging brengen

Om die vraag te beantwoorden, zocht TNO in 2018 samenwerking met BouwCirculair. Deze netwerkorganisatie voor de Nederlandse beton- en asfaltketens heeft als doel het gebruik van duurzame bouwmaterialen op te schalen, en vertegenwoordigt zowel marktpartijen als beheerders. Kruithof: “In deze samenwerking zijn TNO en BouwCirculair volledig complementair: zij hebben de netwerkkennis, wij de technische kennis. Samen kunnen we de markt in beweging krijgen.”

In eerste instantie werd gestart met de Proeftuin Geopolymeren voor betonstraatstenen en betonverhardingen. Een jaar lang heeft TNO tien pilots bij gemeenten en provincies gemonitord op technische en duurzaamheidskenmerken.

Vijfjarige proeftuin met constructief beton

De goede resultaten van deze eerste fase vormden de aanleiding voor een tweede Proeftuin met geopolymeer in licht constructieve toepassingen. Kruithof: “Samen met Rijkswaterstaat, provincie Groningen, het Wetterskip Fryslân en Waterschap Drentse en Overijsselse Delta heeft TNO in 2023 een samenwerkingsovereenkomst gesloten om de komende vijf jaar vier kunstwerken met geopolymeerbeton te monitoren en testen uit te voeren.

Voor een individueel project of beheerder zijn dit soort onderzoeken normaalgesproken te kostbaar om zelf op te zetten. Zij profiteren vijf jaar lang van onze support bij dit onderzoek. Voor Rijkswaterstaat, dat de monitoringkosten vergoedt, zit de meerwaarde in de kennis die de pilot oplevert. Hun eigen kunstwerken zijn doorgaans te groot en te kritisch om langdurig te kunnen monitoren, maar op deze manier kunnen ze toch waardevolle inzichten verkrijgen over toepassing van deze nieuwe betonsoort.”

Gaat om langetermijngedrag

Een van de nieuwe aspecten bij dit onderzoek is de interactie tussen geopolymeerbeton en de wapening, vertelt Adri Vervuurt, Senior Scientist bij TNO. “Constructief beton is een hybride materiaal waarin beton en wapening samenwerken. We ontwerpen al ruim een eeuw betonconstructies en hebben daarvoor rekenregels ontwikkeld waardoor we het materiaal veilig kunnen toepassen. Maar wat gebeurt er als je één onderdeel van dat constructieve beton verandert? Geldt het toepassingsgebied van die regels dan nog wel?

Daarom willen we bij nieuwe materialen zo dicht mogelijk bij de oorspronkelijke eigenschappen van het beton of de wapening blijven. Niet alleen voor de korte termijn, maar juist ook over langere periodes. Daarom doen we in dit project proeven na 28 dagen, 90 dagen, en vijf jaar. Er zijn zelfs genoeg proefstukken gemaakt om over tien jaar te beproeven.”

Uniek Bouwinnovatie Lab

Binnen dit onderzoek richt TNO zich op de samenwerking tussen geopolymeerbeton en conventionele wapening. De verankering van de wapening in het beton speelt een belangrijke rol in de toepasbaarheid van de huidige rekenregels. Voor dit onderzoek heeft TNO in het voor Nederland unieke Bouwinnovatie Lab een maatwerk labopstelling ontwikkeld, speciaal voor gewapende betonnen constructies met alternatieve betonsoorten.

Vervuurt: “Om inzicht te krijgen in het constructieve gedrag van elementen, voeren we verankeringsproeven uit volgens de fib Modelcode 2020. Ook worden vierpuntsbuigproeven uitgevoerd.”

Kruithof vult aan: “Het mooie hierbij is dat TNO een brug weet te slaan tussen de academische wereld en de praktijk. We weten welke proeven ontwikkeld worden en passen de meest geschikte ook gelijk in diverse projecten over een langere periode toe. Vervolgens kan zo’n proef uitgroeien tot een nieuwe standaard.”

‘Gaat om de methodologie’

Wat betekent dit onderzoek nu uiteindelijk voor het realiseren van de circulaire bouweconomie? Kruithof: “Er zal in de bouw nog een heleboel innovatie nodig zijn om die klimaatdoelen te gaan halen. Of je nou experimenteert met alternatieve betonsoorten, andere materialen voor wapening, of nieuwe monitoringsystemen: je zult telkens weer met onderzoek moeten aantonen dat ze goed presteren en veilig toepasbaar zijn.”

“De resultaten kunnen vervolgens weer leiden tot aanbevelingen en pre-normatieve regels. En die zorgen ervoor dat andere marktpartijen met vergelijkbare producten hetzelfde kunnen doen. Het is bovendien een traject dat je voor alle nieuwe duurzame materialen kunt toepassen, omdat de stappen steeds vergelijkbaar zijn. Daarmee is dit een beproefde, betrouwbare methodologie om bouwinnovaties succesvol naar de markt te brengen.”

Orkestreren van innovatie

Waarom kan juist TNO de markt het juiste zetje richting klimaatneutraliteit geven? “Aan de ene kant is het onze materiaalkennis en constructieve kennis”, denkt Kruithof. “Maar het gaat verder dan dat. Als neutrale partij zijn we goed in wat wij ‘het orkestreren van innovatie’ noemen.”

“Het is denk ik heel belangrijk in een versnipperde sector als de bouw om vertrouwen te kweken en voldoende kritische massa achter je te krijgen om zulke ingewikkeld validatieprocessen op te zetten waar vaak tientallen partijen bij betrokken zijn. Bij TNO zijn we in staat om deze complexe, meerjarige onderzoekstrajecten enerzijds technisch inhoudelijk op te zetten, en anderzijds om samen met BouwCirculair de benodigde ketensamenwerking te organiseren onder zowel beheerders als marktpartijen.”