Pas op met geopolymeren. Duurzame en circulaire betonverhardingen

In de infrastructuur is men voortdurend op zoek naar nieuwe manieren om de CO2-voetafdruk van projecten te verkleinen. Projecten worden immers gegund op een gunstige MKI-waarde en lage CO2-uitstoot. In de wegenbouw wordt dan al snel gekeken naar mogelijkheden om de CO2-uitstoot van materialen zoals asfalt en beton, en daarmee cement in het bijzonder, nog verder te reduceren. Dat leidt tot verhardingsconstructies in olifantengrasbeton, vezelversterkt beton of geopolymeerbeton. Met name over de bijdrage van geopolymeerbeton aan een milieuvriendelijke en duurzame toekomst is Wim Kramer, betonkennisdrager met 35 jaar ervaring in de cement- en betonindustrie, behoorlijk sceptisch.

Nederland is al decennialang wereldwijd koploper in het toepassen van CO2-arme cementsoorten. “De huidige CO2-besparing in het gebruikte cement wordt voornamelijk gerealiseerd door een hoog aandeel hoogovencement en het gebruik van vliegas in portlandvliegascement als alternatieve grondstoffen en door vervoer over water”, zegt Kramer. “Maar ook de beton- en cementindustrie zit niet stil. Zo worden uitvoerige onderzoeken gedaan en proefprojecten uitgevoerd met CO2-arm cement en daarmee dus CO2-armer beton. Daarnaast wordt druk geëxperimenteerd met het hergebruik van materialen. Een slimme breker is vandaag zelfs in staat om beton helemaal terug te brengen op cementkorrelniveau, een fractie die weer ingezet kan worden in de cementindustrie.”

Opdrachtgevers stellen steeds meer eisen aan infraprojecten ten aanzien van duurzaamheid en circulariteit. “Wegenbouwers zijn druk bezig om samen met de betonindustrie slimme mengsels te bedenken voor een gunstige MKI-waarde en lage CO2-uitstoot van de betonverhardingen, waardoor ze het werk gegund krijgen”, stelt Kramer. “Een goed voorbeeld daarvan is het gebruik van vezelversterkt beton. Daarmee kun je dunner construeren. Het wordt in de praktijk al met enige regelmaat toegepast bij White Topping voor bijvoorbeeld levensduurverlengend onderhoud van versleten asfaltfietspaden. Met een dunne overlaging van beton, voorzien van een constructieve vezel in het mengsel, waarbij ook gebruik wordt gemaakt van de reststerkte van het asfalt, wordt de levensduur aanzienlijk opgerekt. Bovendien verbruik je minder materiaal, is er minder aanvoer én daarmee bespaar je nog eens extra op CO2-uitstoot ten opzichte van een geheel nieuwe standaardconstructie.” 

Een fietspad is volgens Kramer dan ook de geijkte proeftuin voor nieuwe initiatieven. “Er kan niet zo heel veel fout gaan. En mocht een nieuw initiatief uiteindelijk toch niet goed uitpakken, dan is het hooguit een kwestie van de deklaag vervangen of overlagen, zonder ingrijpende gevolgen of veel hinder voor de weggebruiker. Op die manier zijn al mooie en positieve ervaringen opgedaan met vezelversterkt beton.” 

Binnen de zoektocht naar een reductie van het CO2-profiel van beton ligt ook de focus op bindmiddelen met een laag CO2-profiel. “Geopolymeerbeton wordt in Nederland steeds meer gezien als dé oplossing om het CO2-profiel van beton aanzienlijk te verlagen”, ervaart Kramer. Toch heeft hij zijn twijfels daarbij. “Zo vertoonde een fietspad in Overijssel, dat was aangelegd met roodgekleurd geopolymeerbeton, al vrij snel de nodige oppervlakteschade als gevolg van dooizouten en vorst. Constructief is dat doorgaans geen acuut probleem, maar de levensduur van de constructie zal niet worden gehaald en het comfort voor de fietser loopt dan hard achteruit. Nog los van het esthetische aspect….” Met deze kennis is het niet voor niets dat betonstenen en -tegels van geopolymeerbeton bij de productie worden voorzien van een cementgebonden toplaag. “Daarmee is het oppervlak beter bestand tegen vorst en dooizouten”, stelt Kramer. “Bij het fietspad in Overijssel was de aantasting zo groot dat al enkele platen zijn vervangen. En vorig jaar is ook in Utrecht een fietspad met gekleurd geopolymeerbeton kort na aanleg alweer geheel vervangen door gewoon beton vanwege aantasting van de constructie. Daar win je dus geen CO2-voordeel mee.” 

Maar er speelt nog een aspect bij geopolymeerbeton dat vaak onderbelicht blijft. Kramer: “Bij geopolymeerbeton wordt het cement vervangen door een alkalisch geactiveerd bindmiddel. In Noordwest-Europa wordt hiervoor veelal hoogovenslak of poederkoolvliegas gebruikt, waarvan de beschikbaarheid in rap tempo afneemt. Kolencentrales worden versneld gesloten, Tata Steel staat onder maatschappelijke druk en heeft al aangekondigd over te gaan stappen op een ander staalproces, waarbij veel minder (geschikte) slakken vrijkomen. En dan te bedenken dat de cementindustrie nu al bijna alle beschikbare slakken en vliegas gebruikt in haar cementen. Geopolymeren kunnen zeker bijdragen aan een CO2-reductie, op voorwaarde dat er geen gebruik wordt gemaakt van grondstoffen die al worden ingezet door de cement- en betonindustrie en ervoor zorgen dat we in Nederland al koploper zijn in het gebruik van CO2-arme cementen en betonmortel. Vanuit een bredere scope ben je enkel grondstoffen aan het verschuiven en dan ben je alle CO2-voordeel kwijt. Geopolymeren kunnen dus alleen bijdragen aan het beperken van de CO2-uitstoot als grondstoffen worden gebruikt die we nog niet inzetten binnen de cement- en betonindustrie. Dit kan een kunstmatig geproduceerde slak zijn, maar ook andere secundaire materiaalstromen, al zijn daarvan de volumes meestal beperkt.”

We moeten niet de illusie hebben dat geopolymeerbeton alle beton gaat vervangen, resumeert Kramer. “En zeker niet in de weginfra. Proeven met prefab binnenwanden voor woningen in geopolymeerbeton daarentegen laten wel goede resultaten zien. Je hebt dan geen last van aantasting van buitenaf. Ook blijkt het geschikt voor de productie van rioolbuizen vanwege de specifieke eigenschappen zoals zuurbestendigheid, maar alles bij elkaar is de omvang zeer beperkt. Het is duidelijk dat door de beperkte beschikbaarheid van grondstoffen de productie van geopolymeerbeton in zijn huidige vorm niet zodanig kan worden opgeschaald dat het een belangrijk deel van regulier beton op basis van regulier cement kan vervangen. Voor de meeste toepassingen in de (weg)infrastructuur zijn de eigenschappen van geopolymeerbeton ook inferieur aan die van regulier beton. Bovendien kan geopolymeerbeton nog niet als circulair worden beschouwd. Het kan bijvoorbeeld niet samen met regulier betongranulaat worden gebruikt als secundaire toeslagstof. Het is goed om reststromen die niet in cement en beton worden gebruikt, zoals koperslakken, te gebruiken voor geopolymeerbeton, wanneer deze toepassing het meeste milieuvoordeel oplevert.”

Geconcludeerd kan worden dat de bijdrage van geopolymeerbeton aan de verdere verduurzaming van betonverhardingen zeer beperkt is, met name bij toepassing op de in-situ (weg)infrastructuur, zegt Kramer. Wat is dan het alternatief? “De oplossing zit hem straks in het toepassen van CO2-arm cement. Bij cementfabrieken in Noorwegen wordt bijvoorbeeld fors geïnvesteerd in installaties die alle CO2 afvangen bij de productie. Op die manier wordt binnen enkele jaren CO2-arm cement geproduceerd. En cement heeft zoals je weet het grootste CO2-aandeel in beton. Als je dat substantieel kunt verlagen, zetten we pas écht grote stappen. Zeker in combinatie met een slimme breker, waarbij de cementfractie ook nog kan worden hergebruikt.”