6.2.9 Beton
Beton is een samengesteld bouwmateriaal, gemaakt van een combinatie van aggregaten zoals zand en steenslag en een bindmiddel of pasta zoals cement. De meest voorkomende vorm van beton bestaat uit mineraal aggregaat zoals stenen, grind en zand, cement en water. Het cement hydrateert na het mengen en verhardt tot een steenachtig materiaal. Beton heeft een lage treksterkte en wordt meestal versterkt door de toevoeging van stalen wapeningstaven: dit wordt meestal gewapend beton genoemd.
Beton is een sterk, duurzaam en goedkoop materiaal dat het meest gebruikte structurele bouwmateriaal in de Verenigde Staten is. Door de enorme omvang van de vraag naar beton zijn de gevolgen van de fabricage, het gebruik en de sloop ervan wijdverbreid. Bij de winning van materialen worden habitats verstoord; er wordt aanzienlijke energie gebruikt voor de winning, productie en het vervoer van cement; en de productie van cement leidt tot toxische emissies in lucht en water. Vooral de productie van cement is energie-intensief.
Verschattingen geven aan dat voor elke ton geproduceerd cement ongeveer een ton kooldioxide vrijkomt, wat resulteert in 7%-8% van de door de mens veroorzaakte CO2-uitstoot. En hoewel beton doorgaans slechts voor 9-13% uit cement bestaat, neemt het toch 92% van de in het beton aanwezige energie voor zijn rekening. Cementstof bevat vrije siliciumdioxidekristallen, het spoorelement chroom en kalk, die allemaal een nadelige invloed kunnen hebben op de gezondheid van de werknemers. Het mengen van beton vergt veel water, en genereert alkalisch afvalwater en afvloeiend water dat waterwegen en vegetatie kan vervuilen.
Milieueffecten beperken: Het gebruik van lokaal en/of gerecycled aggregaat (zoals gemalen beton afkomstig van sloopwerkzaamheden) is een uitstekende manier om de gevolgen van vast afval, transitemissies en verstoring van habitats te beperken. Milieueffecten kunnen ook aanzienlijk worden verminderd door alternatieve puzzolaanas (industrieel bijproduct zoals vliegas, silicafume, as van rijstvliezen, ovenslakken en vulkanisch tufsteen) te vervangen door Portlandcement. Vliegas, een residu van steenkoolverbranding, is vrij populair als cementvervanger die over het algemeen de porositeit vermindert, de duurzaamheid verhoogt en de verwerkbaarheid en de druksterkte verbetert, hoewel de uithardingstijd wordt verlengd. Vliegas maakt over het algemeen 10%-15% van de standaardmengsels uit, maar bij veel toepassingen kan tot 35%-60% van het cement worden vervangen, en met bepaalde soorten vliegas (bijvoorbeeld klasse C) kan cement bij sommige projecten volledig worden vervangen.
In niet-structurele toepassingen kan het betongebruik worden verminderd door lucht in het eindproduct op te sluiten of door het gebruik van toeslagmaterialen met een lage dichtheid. Opgesloten lucht verdringt beton, terwijl de isolatiewaarde wordt verhoogd en het gewicht en de materiaalkosten worden verlaagd, zonder afbreuk te doen aan de duurzaamheid en brandwerendheid van standaardbeton. Toeslagmaterialen met een lage dichtheid, zoals puimsteen, vermiculiet, perliet, leisteen, polystyreenbolletjes of minerale vezels zorgen voor een vergelijkbare isolatie en gewichtsvermindering.
Overwegingen met betrekking tot stort- of prefabbeton en betonnen metselstenen (CMU):
–
Ontwerp voor hergebruik van delen van bestaande constructies, zoals platen of muren die in goede staat verkeren.
–
Sloopbeton ter plaatse recyclen voor gebruik als toeslag- of vulmateriaal voor nieuwe projecten, of recyclen op lokale stortplaatsen.
–
De maximale hoeveelheid vliegas, hoogovenslakken, silicafume en/of rijstkafslakken die geschikt zijn voor het project opnemen, waardoor het cementgebruik met 15-100% wordt verminderd.
–
Het gebruik van prefab-systemen zal de verspilling van bekistingsmateriaal minimaliseren en de invloed van waswater op de bodem verminderen.
–
Overweeg alternatieve of mogelijke materiaalvervangers voor beton, zoals ICF’s, die het afval verminderen, de thermische prestaties verbeteren en de bouwtijd kunnen verkorten. Ook celbeton, schuimbeton, cellenbeton en andere lichte betonsoorten voegen isolatiewaarde toe en verminderen tegelijkertijd het gewicht en het benodigde beton. Het gebruik van aarden en snel hernieuwbare materialen, zoals gestampte aarde, leem of strobalen, vermindert de behoefte aan isolatie en afwerkingsmaterialen in zowel residentiële als commerciële projecten.
–
Gebruik niet-giftige ontkistingsmiddelen.
–
Verspilling kan worden geminimaliseerd door zorgvuldige planning van hoeveelheden betonmateriaal.
–
Voor funderingen, overweeg bekistingssystemen op basis van weefsel voor snelle installatie en besparing van hout.
–
Houtafval en materiaalkosten verminderen door gebruik te maken van stalen of aluminium betonbekistingen, die veel vaker kunnen worden hergebruikt dan houten bekistingen.
ervieus/poreus beton: Tot 75% van het stedelijk oppervlak is bedekt met ondoordringbare bestrating, die de grondwateraanvulling remt, bijdraagt aan erosie en overstromingen, vervuiling naar lokale wateren transporteert, en de complexiteit en kosten van stormwaterbehandeling verhoogt. Een van de belangrijkste kenmerken van doorlaatbare bestrating is dat er holtes in zitten waardoor water kan doorsijpelen naar de onderliggende materialen. Het vermindert ook de piekafvoer van regenwater en de watervervuiling en bevordert de grondwateraanvulling. In doorlaatbare bestrating kunnen gerecycleerde aggregaten en vliegas worden verwerkt, waardoor afval en gebruikte energie worden verminderd. Doorlatende bestrating is geschikt voor parkeer- en toegangsruimten met een druksterkte tot 4000 psi. Het vermindert ook problemen met boomwortels, en het percolatiegebied moedigt wortels aan om dieper te groeien. De verbeterde warmte-uitwisseling met de onderliggende grond kan de zomerse omgevingstemperatuur met 2-4°F verlagen.
Betonbekisting: Bij stortbetontoepassingen is een bekisting op de bouwplaats nodig om de wanden en platen en andere projectelementen vorm te geven tijdens het uitharden (figuur 6.9). Multiplex en gefreesd timmerhout zijn de meest voorkomende bekistingsmaterialen en dragen bij tot bouwafval en de gevolgen van houtoogst en -verwerking. Houten bekistingen kunnen worden gemaakt van geborgen hout en kunnen meestal worden gedemonteerd en meerdere malen worden hergebruikt. Het demonteren van bouwhout en multiplex buitenbekistingen moet worden overwogen voor hergebruik binnen het project.
Figuur 6.9. Foto van timmerlieden die betonbekisting plaatsen voor de wanden van de put van de hoogafvalinstallatie.
Bron: Bechtel Corporation.
Vormontvormers of scheidingsmiddelen zijn materialen die de scheiding van vormen van verhard beton vergemakkelijken. Dergelijke materialen voorkomen dat het beton zich aan de vorm hecht, waardoor het oppervlak kan worden ontsierd wanneer de vormen worden gedemonteerd. Traditionele ontkistingsmiddelen zoals diesel, motorolie en huisbrandolie zijn kankerverwekkend, waardoor de mogelijkheden voor hergebruik van houten bekistingen worden beperkt omdat het bouwpersoneel aan VOS wordt blootgesteld (en mogelijk ook de bewoners). Ze zijn nu verboden door diverse nationale en federale voorschriften, waaronder de Clean Air Act. VOS-arme of -vrije bekistingsproducten op waterbasis die soja of andere biologisch afgeleide oliën bevatten, verminderen de gezondheidsrisico’s voor bouwpersoneel en bewoners drastisch, en maken het vaak gemakkelijker om afwerkings- of afdichtingsproducten aan te brengen, indien nodig. Veel op soja gebaseerde opties zijn minder duur dan hun op aardolie gebaseerde tegenhangers.
Bij het ontwerpen van betonbekistingen moet men ook rekening houden met factoren die de bekistingsdruk van beton negatief zullen beïnvloeden en beïnvloeden. Deze factoren zijn onder meer de snelheid van plaatsing, beton mix, en temperatuur. De snelheid van plaatsing moet over het algemeen lager zijn in de winter dan in de zomer. In principe maakt het niet uit hoeveel kubieke meter per uur wordt geplaatst of hoe groot het project is. Wat wel van belang is, is de snelheid van plaatsing per hoogte en tijd (hoogte van de muur die per uur wordt gestort).