Veiligheid en duurzame ontwikkeling: Beton en duurzame ontwikkeling

29 Oktober 2019
 

De definitie van duurzame ontwikkeling gaat terug naar het rapport "Our Common Future" van de Verenigde Naties in 1987 (Brundtland rapport) : "Duurzame ontwikkeling is de ontwikkeling die aansluit op de behoeften van het heden zonder het vermogen van de toekomstige generaties om in hun eigen behoeften te voorzien in gevaar te brengen".

Duurzaam bouwen is dan uiteraard de toepassing van deze principes op bouwwerken en het bouwproces. Men onderscheidt bij duurzame ontwikkeling 3 componenten, die met elkaar in balans moeten zijn :

  • Economische component ("profit"): de focus op duurzaamheid moet enerzijds financieel haalbaar zijn; anderzijds biedt de aandacht voor bv. duurzaam bouwen ook veel nieuwe zakelijke opportuniteiten ; men spreekt nu meer van "prosperity" om naast de economische winst ook de maatschappelijke winst in de afwegingen te betrekken.
  • Sociale component ("people") : de aandacht voor de mens in het verhaal vertaalt zich in aspecten zoals veiligheid, gezondheid, welzijn (bv. op de bouwplaats en in gebouwen) maar ook aandacht voor werkgelegenheid, interactie met omgeving/omwonenden …
  • Milieu-component ("planet") : het beperken van de impact van menselijke activiteiten op het milieu, meer specifiek (voor duurzaam bouwen) de impact van het bouwen op het milieu. Algemeen wordt aanvaard dat een milieu-beoordeling dient te gebeuren over de ganse levenscyclus van een bouwwerk (de gebruikte grondstoffen, de bouw zelf, maar ook het energieverbruik tijdens de gebruiksperiode, eventuele reparatie/renovatie, eventueel hergebruik en finaal de sloop).


Er wordt geschat dat bouwen en wonen wereldwijd goed zijn voor ± 40% van het energieverbruik (waarvan het overgrote deel tijdens het wonen) en ± 50% van het grondstoffenverbruik. 


De milieu-component is dus veel ruimer dan de milieu-impact van de materialen waarmee gebouwd wordt (hoewel deze relatief gezien belangrijker wordt naarmate de energetische prestaties beter worden). Andere belangrijke aspecten van duurzaam bouwen zijn :

  • de inplanting van het gebouw (nabijheid van voorzieningen zoals riolering, openbaar vervoer)
  • het globaal ontwerp van het gebouw (aanpasbaarheid, oriëntatie (zonnewarmte, daglichttoetreding), compactheid, efficiënt structureel ontwerp, beperking lozing hemelwater, …)
  • de milieu-impact van het bouwproces (o.a. beperken van afval)
  • de energetische prestaties van het bouwwerk in gebruik (warmte-isolatie, luchtdichtheid, recuperatie van warmte bij ventilatie, gebruik thermische capaciteit, geothermie, … desgevallend integratie van energie-opwekkende installaties bv. zonneboiler, zonnepanelen, windmolen, …)
  • de mogelijkheid tot demonteren en hergebruiken dan wel recycleren aan het eind van de cyclus
  • dit alles rekening houdend met de gezondheid, het welzijn en het comfort van de gebruikers.


Milieu-impact beoordelingsschema's zoals BREEAM, LEED, HQE, … trachten (gewogen) scores te geven aan het geheel van deze elementen om zo de milieuvriendelijkheid van gebouwen te beoordelen. Overheden kunnen deze of gelijkaardige systemen gebruiken als stimuli voor duurzaam bouwen. De nieuwste richtlijnen met betrekking tot openbare aanbestedingen laten immers meer ruimte voor "green procurement’" (duurzaam aankopen).
 

Duurzaam bouwen met beton

Beton wordt algemeen beschouwd als een duurzaam materiaal. Inderdaad, het materiaal beton en de ermee geproduceerde constructie-elementen beschikken over zéér veel troeven :

  • beperkte grijze energie (energie verbruikt voor ontginning, productie en transport)
  • lokale productie met globaal kleine transportafstanden
  • grote thermische inertie (interessant voor "Bijna Energie Neutrale" of passieve gebouwen)
  • zeer lange levensduur, met gemiddeld zeer weinig onderhoud
  • geen afgifte van (vluchtige organische) stoffen naar de binnenlucht, bescherming tegen eventueel aanwezig natuurlijk radon in de ondergrond
  • geen uitloging van stoffen naar het grondwater
  • goede brandweerstand
  • goede akoestische eigenschappen
  • zeer goed recycleerbaar.


Om de milieu-impact van een gebouw (opgedeeld in functionele eenheden bv. een m2 vloer of wand) te bestuderen blijkt het gebruik van EPD (Environmental Product Declarations), opgemaakt volgens de Europese normalisatieregels, op dit moment de beste methode te zijn. Dergelijke analyse wordt uitgevoerd op de volledige levenscyclus van het materiaal op basis van een reeks criteria, ook wel impact-categorieën genoemd, zoals de opwarming van de aarde, het uitputten van natuurlijke grondstoffen, ...

Niettegenstaande het feit dat bij de productie van cement (15 à 20% van de massa van het beton) een belangrijke hoeveelheid CO2 wordt uitgestoten, en dat beton grote hoeveelheden granulaten vereist, vooralsnog voornamelijk afkomstig van de extractie van natuurlijke grondstoffen, heeft de cement- en betonindustrie belangrijke middelen ingezet om deze impact te beperken.

Productie van cement
Figuur 5.1.1. illustreert het relatieve gewicht van de belangrijkste bijdragen aan de CO2 -uitstoot van (Portland) cement. Het spreekt dan ook vanzelf dat de reductie van fossiele brandstoffen en de (gedeeltelijke) vervanging van klinker de belangrijkste hefbomen zijn voor de cement- en betonindustrie om de CO2 -uitstoot te reduceren
 

verdeling van de co2 uitstoot tijdens de productie van cement


Gebruik van alternatieve brandstoffen voor de productie van Portlandklinker
Restproducten van andere industrieën worden voorbehandeld in specifieke industriële platformen om gebruikt te kunnen worden als brandstoffen voor de cementovens. Op die manier wordt de CO2 -uitstoot van traditionele fossiele brandstoffen vanzelfsprekend verminderd. Voorbeelden zijn solventen gedrenkt in zaagmeel, dierlijk meel en vet, biomassa, fijn-geshredderde rubberbanden… producten die aan het einde van hun levenscyclus zijn en niet meer gerecycleerd kunnen worden maar toch nog een belangrijk calorisch vermogen bezitten. De minerale stoffen aanwezig in de alternatieve brandstoffen worden gerecupereerd in het klinkerproces : men spreekt in dat geval van "co-processing". De selectie en exacte dosering van alternatieve brandstoffen vereisen daarom een intensieve kwaliteits-opvolging. Het klinker-productieproces garandeert de totale vernietiging van deze afvalstoffen. Het vervangingspercentage van de meest performante fabrieken situeert zich momenteel boven 90%.

Vervanging van klinker door minerale toevoegsels
In principe kunnen alle toevoegsels opgenomen in de NBN EN 197-1 toegepast worden. In de praktijk gaat het voornamelijk om gegranuleerde hoogovenslak, vliegas en kalksteen. Hoogovenslak wordt in België reeds gebruikt sedert de jaren 1930. Uiteraard zijn er – naast de limieten van de cementnorm – grenzen aan deze evolutie, enerzijds door de beperkte beschikbaarheid van hoogovenslak en vliegas en anderzijds door de eigenschappen van de resulterende cementen (minder reactief op jonge ouderdom).

Tabel 5.1.1 toont duidelijk het potentieel van de beperking van het klinkergehalte voor de reductie van de CO2 -emissie per ton cement. Zoals hiervoor aangegeven heeft dit belangrijke gevolgen voor de kenmerken van de betreffende cementen en betonsoorten (voornamelijk reactiviteit op jonge leeftijd). Bovendien is steeds een deel klinker vereist, enerzijds voor de activatie van hoogovenslak en vliegas, anderzijds om een hoge pH in het beton te waarborgen (alkalisch milieu voor de bescherming van de wapening tegen corrosie). In België is het gemiddelde klinkergehalte van cement de voorbije 10 jaar met ongeveer 10% gedaald en situeert zich momenteel rond de 62%.
 

co2 uitstoot per ton van de verschillende bestanddelen


Toekomstige evoluties
Er wordt veel onderzoek verricht door de producenten van cement in samenwerking met de academische wereld, al dan niet binnen de contouren van de cementnorm NBN EN 197-1 :

  • cementtypes met grotere percentages toevoegsels
  • cementtypes met nieuwe combinaties van toevoegsels
  • gebruik van nieuwe bestanddelen
  • nieuwe cementtypes met andere mineralogische vormen bv. calcium-sulfo-aluminaatcementen, supersulfaatcement of geopolymeercement.


Een degelijk validatietraject, met o.a. mechanische proeven en duurzaamheidsonderzoek, maar ook bv. invloed op wapeningscorrosie, en compatibiliteit met tal van hulpstoffen, is uiteraard nodig om de gebruiksgeschiktheid van nieuwe cementtypes te bepalen.

Er wordt ook onderzocht in welke mate de geproduceerde CO2 kan opgevangen en bewaard worden (hetzij in de grond/rots hetzij voor andere doeleinden). Het geheel van deze acties noemt men CCS of "Carbon Capture & Storage/Sequestration".

Transport van inerte
grondstoffen Het vervoer van granulaten en cement vormt een belangrijk aandeel in de milieu-impact van beton. Maatregelen die kunnen genomen worden zijn de volgende :

  • voorkeur geven aan grondstoffen die lokaal worden geproduceerd
  • gebruik maken van vervoer over water.


Beperking van het grondstofverbruik
Het verbruik van grondstoffen voor de productie van beton kan beperkt worden door volgende maatregelen:

  • het vermijden en/of hergebruiken van retour beton (met respect voor de norm NBN EN 206)
  • het recupereren van hemelwater
  • het laten bezinken en hergebruiken van spoelwater.


Een belangrijke bijdrage aan de beperking van natuurlijke grondstoffen kan gebeuren door de recyclage van beton aan het einde van de levenscyclus. Performante recyclage vereist echter een globale ketenbehandeling :

  • selectief slopen
  • acceptatiepolitiek en beheer van inkomende stromen bij een breekinstallatie
  • breekoperatie al dan niet met voorafgaande reiniging/eliminatie van vervuiling
  • kwaliteitscontrole volgens de eisen van de productnormen voor granulaten (NBN EN 12620).


Vervolgens is het van groot belang dat de geproduceerde granulaten worden ingezet in de meest geschikte toepassing. Gerecycleerde granulaten kunnen volgens de norm NBN B15-001 worden ingezet in de productie van nieuw beton in functie van hun kwaliteit en de omgevingsklasse (tab 5.1.2).
Minder hoogwaardige producten vinden ruime afzetmogelijkheden als aanvulmateriaal of als (onder)fundering


Duurzaamheid van beton

Dit (technische) duurzaamheid of levensduur van beton is een aspect dat vaak vergeten wordt, wellicht omdat beton in courante constructies zelden beschadigd raakt. Nochtans zijn er constructies die veel onderhoud vergen en in sommige gevallen zelfs moeten afgebroken worden omdat de technische duurzaamheid niet voldoet. Dit is soms het geval met betonconstructies aan de kust (corrosie door chloriden) en met betonconstructies in de infrastructuur (wegen en kunstwerken, kaaimuren, sluizen, …). Deze laatsten worden immers vaak veel langer in gebruik gehouden dan oorspronkelijk voorzien, vaak met onvoldoende of geen onderhoud.

Voor dergelijke constructies is het belangrijk dat de ontwerp-levensduur goed gedefinieerd wordt (indien afwijkend van de standaard d.i. 50 jaar), en dat vervolgens al het nodige wordt gedaan opdat de betonconstructie bestand zou zijn tegen de verschillende geïdentificeerde potentiële schademechanismen (zie hoofdstuk 4).

In dit verband kan tot slot gepleit worden voor het gebruik van kwalitatieve en innovatieve betonsoorten, zó ontworpen dat ze in één materiaal de meest uiteenlopende functies verenigen : isolerend beton (schuimbeton), decoratief beton, (ultra)hogesterkte beton, … Deze materialen zijn op die manier vanzelf zeer duurzaam.
 

maximum vervangingspercentage van grof granulaat volume in gewapend beton