Beton

Betonis een kunstmatig steenachtig materiaal, dat alsbouwmateriaalwordt gebruikt. Het moderne beton is samengesteld uit hetbindmiddel cementen uit een of meertoeslagmaterialenzoalszand,grindofsteenslag.Cement, veelal een anorganisch mengsel van calcium-silicaten, heeft de eigenschap dat het reageert met water tot de vorming van calcium-silicaat-hydraten. Deze hydraten vormen een netwerk en geven aldus de sterkte aan het cement in het beton.

Deze kubieke meter beton stelt het jaarlijks betonverbruik per aardbewoner voor

Goed beton is een mengsel waarin de korrelgroottes van de verschillende soorten zand en grind, in de juiste hoeveelheden, elkaar zodanig aanvullen dat het mengsel uithardt tot een steenachtig en standvastig materiaal. In tegenstelling tot sommige soortengipslost uitgehard beton niet meer op in water.

Door de relatief lage prijs van het materiaal, de relatieveinertie,de eenvoud van het gebruik en door de vele mogelijkheden is beton een veelgebruikt bouwmateriaal. Jaarlijks verbruiken de geïndustrialiseerde landen bijna eenkubieke meterbeton per persoon.

Tevens heeft cement, en bij uitbreiding beton, zeer interessante eigenschappen die voordelig zijn voor deconditioneringvan (waterige) afvalstromen. De hoge pH van het poriewater maakt dat de oplosbaarheid van de meeste metalen beperkt is. Tevens is cement intrinsiek compatibel met waterige afvalstromen, immers water wordt geconsumeerd tijdens de uitharding van het cement.

Geschiedenis

DeChristus Koningkerkuit Sint-Niklaas werd tijdens hetinterbellumvolledig uit beton opgetrokken. Ze is als oudste betonnen kerk van Vlaanderen beschermd alspatrimonium.

DeEgyptenaren,Babyloniërs,Feniciërs,GriekenenRomeinenkenden reeds de voordelen van het gebruik van (ongewapend) beton. De Romeinen gebruikten het bij de bouw van kademuren,bruggenenaquaducten.Ook bij de bouw van hetColosseumen hetPantheonwerd door de Romeinen beton gebruikt. Als bindmiddel werd meestalkalkoftrasgebruikt. Later raakte deze betontechniek eeuwenlang in onbruik. Pas in1756maakte de BritJohn Smeatonvoor de herbouw van eenvuurtorengebruik van een mengsel van kalk en klei. Na verdere verbetering van dit materiaal en na de uitvinding in1824van hetPortlandcement(genoemd naar het EngelseIsle of Portland) door de EngelsmanJoseph Aspdin(die er patent op verkreeg) werd het gebruik van beton herontdekt. De eerste industriële vervaardiging van portlandcement wordt in1842geplaatst. In Nederland werd in 1870 teDelfzijleen kleine portlandcementfabriek geopend. Momenteel wordt wegens de goede eigenschappen meer en meerhoogovencementgebruikt, dat sinds 1931 bij deHoogovens,het huidige Tata Steel Europe teVelsen,wordt gefabriceerd. Ondanks het voortschrijdend inzicht en technische ontwikkelingen, is het huidige beton minder bestand tegen zeewater, dan het beton dat door de Romeinen werd gebruikt. Onderzoek aan hetMassachusetts Institute of Technologyheeft uitgewezen, dat zeCalciumoxyde(ongebluste kalk) gebruikten, terwijl het moderne beton gebluste kalk bevat. Het mengen met ongebluste kalk, ook wel "hot mixing" genoemd, geeft een zelfherstellend vermogen aan het beton.^[1]

Omstreeks1845werden ook de eerste experimenten metgewapend betonuitgevoerd. ZieGeschiedenis van gewapend betonvoor meer informatie hierover.

Een essentieel basisingrediënt van beton iszand.Voor sterk beton zijn zandkorrels nodig met een hoekig, ruw oppervlak. Zandkorrels die gladgesleten zijn, zoals woestijnzand, zijn niet geschikt. Eind 20e eeuw en begin 21e eeuw begint geschikt zand, benodigd voor steeds grotere bouwprojecten, wereldwijd schaars te worden hetgeen leidt tot internationale conflicten en inmenging van georganiseerde misdaad.^[2]

Samenstelling

Beton ontstaat door water te mengen met een bindmiddel (zoals cement) engranulaat(zand en grind), vulstoffen en eventueel met toeslagstoffen. Bij de juiste verhoudingen worden de holtes tussen het grind vrijwel geheel gevuld met zandkorrels waarbij het cement de verschillende korrels aan elkaar plakt. Na uitharding kan de hardheid en duurzaamheid van natuurlijk gesteente worden geëvenaard.

Het toegepaste betonreceptis enerzijds afhankelijk van de gewenste sterkte en gewenste eigenschappen en anderzijds van de omgeving waar de betonconstructie zich in bevindt (milieuklasse van het beton).

Water

Water kan niet onbeperkt worden toegevoegd. Door meer aanmaakwater te gebruiken wordt het beton weliswaar beter verwerkbaar, het eindresultaat is echter slechter. De verharding van cement is een chemische reactie die een beperkte hoeveelheid water vraagt; een teveel aan water levert zwakker beton ( "water is vergif voor beton"^[bron?]). Een tekort aan water zorgt er echter weer voor dat niet alle cement reageert. Bijgevolg is een juiste verhouding tussen water en cement (de zogehetenwater/cementfactor) noodzakelijk om een goedekwaliteitbeton te verkrijgen.

Bindmiddel

Er zijn een aantal mogelijke bindmiddelen. Een eerste mogelijk bindmiddel is gebaseerd opkalk,zoals de Romeinen het gebruikten. Dit is in onbruik geraakt. De eigenschappen leken het meest op het tegenwoordige metselspecie of ongewapend beton. Bij gebruik van het bindmiddelasfaltontstaatasfaltbeton,dat gebruikt wordt voor dewegenbouw,parkeerplaatsen, bedrijfsvloeren. Men gebruikte vroeger ookpek/teerals bindmiddel. Deze worden vandaag de dag niet meer gebruikt in verband met hun vervuilende eigenschappen en slechtere mechanische eigenschappen.

In het meeste beton wordt tegenwoordig een calcium-silicaat-cement als bindmiddel gebruikt, In België zijn vandaagportlandcementenhoogovencementde populairste in deze categorie. Naast de calcium-silicaat-cementen bestaan er echter vele andere cementen, zoals calcium-aluminaat (beter bekend onder zijn Franse term: "Ciment Fondu" ), alkali-geactiveerde slakken, geopolymeren en calcium-aluminaat-fosfaat.

Toeslagmateriaal

Een belangrijk onderdeel van het betonmengsel is het granulaat. Hoe kleiner en fijner de gebruikte korrels des te meer water noodzakelijk is.

Als aanvulling of vervanging van deze granulaten wordt soms ook eentoeslagmateriaalbijgevoegd:

vulstof,een inert poeder van gemalen baksteen dat de stabiliteit van het mengsel verhoogt;
vliegas(poeder dat veel aluminium silicaat bevat), dat als plastificeerder optreedt enpuzzolaneeigenschappen heeft;
silica fume(ultrafijn silicium oxide poeder) met sterke puzzolane eigenschappen;
recyclinggranulaat;
gegranuleerde hoogovenslak,gemalen als poeder (hoogovencement) of als granulaat.

Hulpstoffen en toevoegsels

In beton kunnen verschillende hulpstoffen gebruikt worden. Deze dienen om de eigenschappen van het beton te verbeteren of aan te passen.

(super)plastificeerdersdie de verwerkbaarheid van het beton verhogen zonder extra water toe te voegen (te veel water zou de sterkte verminderen);
bindingsversnellers;
bindingsvertragers zoalssuikerwaardoor het betonmengsel langere tijd verwerkbaar blijft;
luchtbelvormers,om de vorstbestendigheid van het beton te verhogen;
water vasthoudende stoffen, om onder water beton te kunnen gieten;
kleurpigmenten;
schuimvormers, om een geringedichtheiden daardoor een betere isolatiewaarde (warmte-isolatie) te verkrijgen.

Eigenschappen

Beton is een relatiefbrosmateriaal met een hogedruksterkte(dekubusdruksterktebedraagt bij traditioneel beton 5 - 55 N/mm²,dat wil zeggen dat een betonnenkubusmet eenribbevan 150 mm het gewicht van zo'n 120 000 kg kan dragen) terwijl detreksterkteslechts ongeveer 1/10 van de druksterkte is. Beton voor constructies moet in Nederland eenKOMO-certificaat hebben en in België een BENOR-certificaat en wordt vrijwel uitsluitend geleverd door gespecialiseerdebetoncentrales,waardoor een constante samenstelling en kwaliteit van het beton kan worden gewaarborgd. Het grootste voordeel van beton is dat het flexibel toe te passen is. Voordat het uithardt, kan het in vele mogelijke vormen gegoten worden. Normaal beton weegt ongeveer 2400 kilogram per m³, echter speciale betonsoorten kunnen hier sterk van afwijken. Aangemaakt beton heeft een beperkte tijd waarbinnen het verwerkt moet worden, vaak is er een verwerkingstijd van maximaal 120 minuten.

Nat en vochtig beton

Zet- en schudmaat

Kegel van Abrams

Bepalen van de inzakking

Dezetmaatvan een betonmengsel is een maat voor deplasticiteitervan. Met een metalen vorm, dekegel van Abrams,wordt een hoeveelheid betonmengsel op een tafel geplaatst. De originele hoogte van de kegel is 300 mm. Na het plaatsen wordt de metalen kegel omhooggetrokken en het beton zakt uit. De inzakking wordt gemeten, dit is de zetmaat, bijvoorbeeld 80 mm.

Een andere maat voor de plasticiteit is de schudmaat. De schudmaat wordt bepaald door het scharnierende tafelblad waarop de zetmaat is bepaald een aantal keren tot een voorgeschreven hoogte op te tillen en te laten vallen. De uitgezakte betonkegel zal hierbij nog verder uitzakken en de diameter van het uitgezakte beton bepaalt de schudmaat.

Verhard beton

Sterkte

Men kan de sterkte van het beton meten door middel van een

trek- en drukproef;
splijtproef (Braziliaanse proef);
buigtreksterkteproef;
met eenbetonproefhamer;
metultrageluid;
gewogen rijpheidsgrafiek.

Overzicht van de sterkteklassen
Tot 2005	Vanaf 2005 Nen-EN-206
B15	C12/15
B25	C20/25
B35	C28/35
B45	C35/45
B55	C45/55
B65	C53/65
B75	C60/75
B85	C70/85

C20/25 betekent eenkarakteristieke cilinderdruksterktevan 20 N/mm²en een karakteristieke kubusdruksterkte van 25 N/mm².

Methoden van betonproductie

Systeembekisting

Vlak maken van vers gestort beton met een trilplaat

Gieten of storten in debekisting

Beton is een lopende brij die in de juiste vorm gehouden moet worden. Vanwege het hoge gewicht en de daarmee gepaard gaande grote krachten is een versterkte bekisting nodig. Naast de traditionele houten bekisting onderscheidt men:glijbekisting(bekisting die langzaam mee beweegt naarmate het storten vordert, in gebruik bij onder andere de wegenbouw),systeembekisting(meermaals bruikbare bekisting),verloren bekisting(bekisting die niet meer verwijderd wordt en ter plekke achterblijft).

Verdichten

Bij het verdichten wordt vaak gebruikgemaakt van eentrilnaald.Bij kleinere hoeveelheden of oppervlaktes wordt ook wel een houten balkje gebruikt. Het doel van verdichten is om de luchtbellen uit het mengsel te verwijderen.

Bescherming tegen uitdroging

Indien het verse beton uitdroogt, zal het krimpen waardoor ertrekspanningenoptreden die het beton laten scheuren (krimpscheuren). Te snelle uitdroging kan voorkomen worden door het beton nat te houden, door chemische producten te gebruiken (zogenaamdecuring compound), door het beton af te dekken (met een folie of zeil) of door het in een ruimte te plaatsen met een zeer hoge luchtvochtigheid (een zogenaamdeklimaat- ofhardingskamer).

Bescherming tegen vorst of oververhitting

Hoe lager de temperatuur, des te langzamer het beton uithardt. Onder 0 °C vindt geen uitharding meer plaats. Buiten gestort beton moet dus zo nodig tegen vorst worden beschermd. Dit kan onder andere doorinfraroodlampente gebruiken of beton aan te maken met warm water. Verharden van beton is eenexotherme reactie;er komt warmte vrij en dit kan voldoende zijn om de temperatuur hoog genoeg te houden, maar hierdoor is het soms ook niet mogelijk om grote hoeveelheden beton in één keer te storten. In dat geval moeten er buizen in het beton opgenomen worden, waar koud water doorheen circuleert om de warmte af te voeren.

Bescherming tegen ontmenging

Tijdens het storten en gedurende de eerste periode van het uitharden kan ontmenging (segregatie) optreden. Dat houdt in dat de zwaardere granulaatkorrels naar beneden zakken. Dit kan voorkomen worden door:

voldoende fijne deeltjes toe te voegen;
een niet te hoge water/cement-factor te gebruiken;
niet te lang te trillen;
een minder plastisch beton te gebruiken;
een stabilisator te gebruiken.

Soorten beton

De sterkte van beton kan worden gemeten met diverse proeven

Gepolijst betonis een vorm van afwerking van beton. Het is een techniek om verdichting en glans aan te brengen. Deze methodiek van afwerken van betonnen oppervlakken geniet de laatste jaren steeds meer interesse.
Gewapend betonis een combinatie van beton enstalenstaven (betonijzer), wapening genoemd. De staven worden daar aangebracht waar trekspanning zal optreden. Op dit procedé werd in1867door de FransmanJoseph Moniereenpatentverkregen. Het met staalwapenen van betonkan omdat de thermische uitzettingscoëfficiënt van staal gelijk is aan die van beton.Betonrotis een aantasting van het beton die veel voorkomt bij gewapend beton van lage kwaliteit. Het treedt vaak op bij onvoldoendedekkingvan de wapening in het beton, waardoor deze gaatroesten.Het is herkenbaar aan de roestvlekken aan de oppervlakte van het beton. De steeds dikker wordende roestlaag drukt uiteindelijk het omliggende beton weg waardoor dit afbrokkelt. Betonrot wordt vooral veroorzaakt doorcarbonatatieen insijpeling van vocht enchloor ionen,afkomstig uit bijvoorbeeld strooizout.
Hogesterktebeton(HSB, vanaf 65 N/mm2) ofultrahogesterktebeton(UHSB, vanaf 150 N/mm2).
Voorgespannen betonlijkt op gewapend beton, maar in aanvulling op betonijzer wordt er gebruikgemaakt van voorgespannen (of nagespannen) staaldraden en -kabels in het beton. Door het spannen van de kabels wordt in de trekzone eendrukkrachtop het beton aangebracht welke detrekkrachtals gevolg van de externe belasting compenseert. Hierdoor kan een voorgespannen betonelement een grotere belasting opnemen dan een element van gewapend beton van dezelfde afmetingen. Geprefabriceerde voorgespannen liggers worden veel toegepast bij de constructie vanviaductenenvloeren.

Ecobeton

Ecobeton is een beton dat door zijn samenstelling en structuur debiodiversiteitstimuleert. Een belangrijke toepassing is het gebruik instrekdammenengolfbrekers,waarmariene organismenzich gemakkelijker kunnen hechten aan de vele gaatjes en richels op het beton. Ecobeton zou ook minder ongewenste stoffen afscheiden.^[3]

Indeling

- volgens de aard van de gebruikte materialen: grindbeton, steenslagbeton, sintelbeton, bimsbeton, hollithbeton,staalvezelbeton.
- volgens de wijze van vervaardiging:stampbeton(een mengsel met een laag cementgehalte dat geschikt is voor ongewapende fundering), trilbeton,schokbeton,spuitbeton,vacuümbeton, gasbeton.
- naargelang het doel waarvoor het bestemd is: hogesterktebeton, zelfverdichtend beton, onderwaterbeton, schoonbeton, licht beton, zwaar beton, aardvochtig beton (betonwaren industrie).
- afhankelijk van de wijze van productie: betonnen onderdelen kunnen ofwel geprefabriceerd worden ofwel in het werk ter plaatse (in situ,ofter plaatse gestort) gemaakt worden. In het laatste geval wordt het beton aangevoerd van de betoncentrale, daarna in debekistinggestort en getrild, waarna het kan uitharden. Standaardelementen zoals rioleringsbuizen en profielen worden vooraf in de fabriek gemaakt (geprefabriceerd beton). Doordat alles binnen de fabriek in optimale omstandigheden gebeurt is de kwaliteit van prefabbetonelementen in de regel beter dan die van ter plaatse gestort beton. Nadeel is dat grote, zware elementen niet altijd over de weg vervoerd kunnen worden.

Transport

Zelfrijdende betonmolen

Over de weg wordt beton doorgaans vervoerd met eenzelfrijdende betonmolen.

Op / bij het terrein van een betonfabriek werd vaaksmalspoorgebruikt. Alleen te Koudekerk aan de IJssel is het nog aanwezig, ook naar kade buiten het terrein.

Zie ook

Literatuur

Robert Courland,Concrete Planet. The Strange and Fascinating Story of the World's Most Common Man-Made Material Paperback,2011.ISBN 1616144815

Externe links

Bronnen, noten en/of referenties

↑Kras, Jeannette,Dit is waarom het beton van de oude Romeinen zo sterk was (en we kunnen er nu nog van leren).Scientias.nl (8 januari 2023). Geraadpleegd op19 juni 2023.
↑ Zon, Hans van,Zand wordt zo schaars als water en leidt tot oorlog.AD (3 mei 2020). Geraadpleegd op19 juni 2023.
↑Natuurvriendelijke beton moet meer leven brengen in Noordzee.De Standaard(30 mei 2024).

Zie de categorieConcretevanWikimedia Commonsvoor mediabestanden over dit onderwerp.

[1] Kras, Jeannette,Dit is waarom het beton van de oude Romeinen zo sterk was (en we kunnen er nu nog van leren).Scientias.nl (8 januari 2023). Geraadpleegd op19 juni 2023.

[2] Zon, Hans van,Zand wordt zo schaars als water en leidt tot oorlog.AD (3 mei 2020). Geraadpleegd op19 juni 2023.

[ds24mei24-3] Natuurvriendelijke beton moet meer leven brengen in Noordzee.De Standaard(30 mei 2024).

[1]

[2]

[3]