Zelfherstellend beton volop in ontwikkeling

Betonrot is een van de duurste problemen van onze tijd. Beton zal altijd scheuren gaan vertonen, hoewel minder indien goed ontworpen en gebouwd. Door scheuren komen water en lucht het materiaal binnen; uiteindelijk komen deze in contact met de wapening, en als deze gaat roesten zet zij uit waardoor nieuwe scheuren ontstaan. Betonrot in onze infrastructuur vereist veel reparatie – met kosten die vermeden hadden kunnen worden als we zelfherstellend beton hadden gebruikt.

Zelfherstellend beton door bacteriën

Misschien waren bouwvoorschriften altijd teveel gericht op de korte termijn. Zelfherstellend beton zal zeker op de korte termijn duurder zijn, maar op de lange duur zou het wel eens veel goedkoper kunnen uitpakken. Een veelbelovende techniek ontwikkeld door Hendrik Jonkers van TU Delft en op de markt gebracht door Basilisk, gebruikt bacteriën. In hun zelfherstellende beton maken deze bacteriën kalksteen als ze in contact komen met lucht en water, en daardoor vullen ze de scheur. Dit autonome herstelsysteem gebruikt Basilisk in een aantal producten, zowel voor de nieuwbouw als voor de bestaande bouw. Zij verkopen bijvoorbeeld een zelfherstellend middel voor nieuw betonmengsel en een zelfherstellende mortel voor herstelwerk. En ze verkopen een vloeibaar herstelmiddel voor kleine scheuren die niet met mortel kunnen worden afgedicht. Deze vloeistof vormt een gel die de scheur waterdicht afsluit. De bacteriën zetten daarna de gel om in kalksteen voor een permanente afsluiting. Doordat kleine scheuren waterdicht worden gemaakt, wordt het beton veel vorstbestendiger en bestendiger in het algemeen. Basilisk heeft een samenwerking aangegaan met een paar grote internationale betonbedrijven. Daarmee hebben ze de basis gelegd voor brede toepassing van deze technologie. Hun werk is toegepast in grote projecten en heeft ook internationaal de aandacht getrokken.

Aan de Universiteit van Gent onderzoeken ze nog meer mogelijkheden om zelfherstellend beton te maken. Net als Basilisk verpakken de onderzoekers in Gent de bacteriën in microcapsules of microgels, waardoor ze misschien eeuwen lang in leven blijven, terwijl ze het niet lang zouden uithouden bij directe toevoeging aan betonmortel. Maar ze onderzoeken ook de mogelijkheden van deze hydrogels zelf. Deze zwellen op als er water het beton binnen dringt; dit sluit de scheur gedeeltelijk af. Dan zet de gel een proces in werking van hydratering van het omliggende materiaal waardoor calciumcarbonaat neerslaat. Dit sluit de scheur geheel af. Ook ingekapselde polymeren kunnen worden gebruikt om zelfherstellend beton te maken. Als er een scheur ontstaat, breekt de capsule en de inhoud verspreidt zich in de scheur. Bij de polymerisatiereactie worden de wanden van de scheur met elkaar verbonden en waardoor deze wordt gerepareerd. Materialen die worden gebruikt zijn onder meer polyurethaan, methylmethacrylaat, waterafstotende middelen en elastische polymeren, al naar gelang het hoofddoel van de reparatie: verminderde doorlaatbaarheid voor water, herstel van sterkte, esthetisch herstel of goede scheurafdichting. En als laatste kan een vorm van zelfherstellend beton ook worden gemaakt door toevoeging van vliegas of hoogovenslak aan het betonmengsel. Dit geeft op de korte termijn een minder sterk materiaal, maar wel een materiaal dat in hoge mate zelfherstellend kan zijn, doordat het nog niet-gereageerde deeltjes bevat die actief kunnen worden als er scheuren ontstaan.

Veel opties voor zelfherstellend beton

Uiteindelijk is het doel, betonmaterialen te ontwikkelen die zichzelf voortdurend meten, regelen, aanpassen en herstellen zonder tussenkomst van buiten af. Zulk zelfherstellend beton zal zowel levens als geld sparen, en de uitstoot van kooldioxide over de hele levensduur sterk verminderen. Er ligt een heel nieuw en veelbelovend onderzoeksterrein in beton met toevoegingen van minerale en chemische nanomaterialen. Wellicht krijgt beton hiermee nieuwe eigenschappen, zoals betere treksterkte en grotere bestendigheid; misschien kan het zichzelf reinigen. Sommige onderzoekers worden enthousiast bij het idee, grafeen toe te voegen aan beton en daarmee zulke eigenschappen op te wekken – misschien daarmee zelfs corrosie van wapening te voorkomen, het grootste en duurste betonrotprobleem.

Maar zullen deze innovaties wel doorbreken in de bouw met zijn afkeer van risico’s? Neem het voorbeeld van Danish concrete hardener, een materiaal met volgens zijn beschrijving buitengewone eigenschappen. Met deze tamelijk goedkope uitharder is onderhoud tientallen jaren niet meer nodig, omdat het zo’n sterke deklaag legt op het beton, waardoor de levensduur stijgt en er geen scheuren ontstaan. Het product is bovendien milieuvriendelijk en veilig, zegt het bedrijf. En toch hebben ze in 30 jaar nooit grote bestellingen gehad. Misschien komt dit ook doordat zij (om commerciële redenen) niet vertellen wat er eigenlijk zit in hun product; en toch blijkt hieruit maar weer dat de bouw sterk conservatief is, iets waar wij ook op wezen in ons artikel over innovatief beton.

De oude Romeinen kenden al zelfherstellend beton

Maar het probleem van zelfherstellend beton is misschien al opgelost door de oude Romeinen. Sommige van hun betonnen werken staan er vandaag de dag nog, met als meest beroemde voorbeeld natuurlijk het Pantheon. En ook pieren, werken die tegenwoordig bekend staan om hun snelle betonrot onder inwerking van zeewater. Dat deze Romeinse bouwwerken er nog zijn is een 2.000 jaar oude prestatie die niet snel geëvenaard zal worden door moderne infrastructurele werken. Het geheim schijnt te liggen in een ‘pozzolanische’ reactie van het materiaal met binnendringend water die plaats vindt nadat het werk is opgeleverd; daardoor ontstaan kristallen van calcium/aluminiumsilicaat die holtes en scheuren opvullen. En die daarmee het werk nog versterken lang nadat het is afgerond. Oude technologieën die weer tot leven moeten worden gewekt! Zelfs als dat zou inhouden dat we onze benadering van bouwen met beton helemaal moeten herzien.

Interessant? Lees dan ook:
Innovatief beton: we hebben er dringend behoefte aan, het is er, we gebruiken het niet
Nanocomposieten, precisiematerialen
Natuur als uitvinder