Experimenten van studenten TU Delft met circulair beton

Auteur: Henri van Bennekom

Na water is beton het meest gebruikte materiaal ter wereld. Het materiaal heeft daarom een significante impact op ons leven en op de planeet. In de praktijk wordt beton vaak enkel gebruikt voor zijn betrouwbaarheid als sterk bouwmateriaal, in producten met slechts één specifieke, primaire functie. Studenten van de TU Delft onderzoeken de mogelijkheden om betonproducten circulair in te zetten door meerdere functies tegelijk, of hergebruik van de elementen.

Bijdrage aan gezonde leefomgeving

De Making/SeRaMCo-workshops (zie voor meer informatie hieronder) bij de faculteit Bouwkunde (Architecture and the Built Environment) van de TU Delft zijn erop gericht om te onderzoeken welke extra eigenschappen we aan betonproducten kunnen meegeven om een bijdrage te leveren aan het bestrijden van de klimaatcrisis en voor een gezondere leefomgeving. De uitkomsten van de ‘Making-workshops’ geven duidelijk de potentie aan dat betonproducten veel kansen bieden voor additief meerdere duurzamere eigenschappen. Deze eigenschappen zouden in eerste instantie de directe, intrinsieke schade van het productieproces moeten goedmaken, maar kunnen ook bijdragen aan meer algemene klimaatdoelen zoals met name gesteld in de UN Sustainable Development Goals.

Kennismaken met beton

In de eerste lessen krijgen de studenten specifieke kennis over beton en buigen ze zich over deze ontwerpopgave. Daarbij vormen duurzaamheidsaspecten zoals CO₂-opslag, biodiversiteit en energieopwekking een belangrijke leidraad voor het concept en het te ontwikkelen betonproduct. Vooronderzoek in deze onderwerpen is dus essentieel om genoemde aspecten zinnig in het ontwerp te kunnen implementeren. Naast traditioneel onderzoek is het uitvoeren van experimenten en praktische testen, het mixen en storten van beton eveneens een belangrijk leerproces voor de studenten. Ze ontdekken dan vaak snel de mogelijkheden en onmogelijkheden van het materiaal, wat een belangrijke stap vormt in het ontwikkelen van het ontwerp. Een voorbeeld is het belang van het goed ontwerpen van een mal die eenvoudig ontkisten van het object toelaat.

Door een serie van test-stortmomenten kunnen de studenten meerdere resultaten analyseren en hun ontwerpen steeds verder verbeteren tot een definitief model. Het vastleggen van de resultaten en bevindingen is essentieel voor het uiteindelijke product, het heeft immers gevolg op de prestatie, esthetiek en duurzaamheid van het ontworpen object.

Secundaire grondstoffen

Het toenemend belang van hergebruik van beton valt niet te ontkennen. We weten dat voor de productie van beton energie, cement, zand, aggregaten en water nodig is. Een belangrijk aspect in het verduurzamen van de betonketen is het terugbrengen van oud beton in nieuw beton: één van de mogelijkheden voor circulair beton. Om deze reden wordt er al sinds 2017 binnen SeRaMCo, samen met internationale partners, gewerkt aan het toepassen van gerecycled menggranulaat uit sloopafval als grindvervanger in de experimenten en modellen. Maar gezien de urgentie op gebied van milieu, klimaat en lokale schaarste ligt de opgave voor studenten tegelijkertijd in het zoeken naar ‘extra eigenschappen’ voor de betonproducten. Met dit doel in gedachte zijn in de ‘Making-studio' inmiddels al meer dan zestig conceptontwerpen en prototype producten bedacht en gerealiseerd.

Hieronder een omschrijving van vier van de prototype-producten die tijdens de workshops zijn ontwikkeld.

Terwijl de mens consumeert en steden zich blijven uitbreiden, verliezen dieren steeds meer leefgebied en worden veel soorten bestuivers, zoals solitaire bijen, in hun bestaan bedreigd. Beehave is een betonnen tegel die is ontworpen om biodiversiteit in steden te stimuleren met behulp van bijen. Door middel van modulair in elkaar grijpende modules kunnen de tegels op elkaar gestapeld worden tot een bijenhotel. Door de relatief eenvoudige vorm kunnen de tegels in massa geproduceerd worden. De pockets in de tegels zijn zo ontworpen dat ze een verscheidenheid aan bijensoorten kunnen huisvesten en desgewenst gemakkelijk schoon te maken zijn.

Een modulaire geluidsbarrière, ontworpen om eenvoudig te installeren en het geluid zo goed mogelijk tegen te houden. De unieke vorm komt voort uit het vooronderzoek dat de studenten hebben gedaan in anechoïsche kamers, die ontworpen zijn om geluid maximaal te dempen. Een onderzoek naar een optimale betonmix en de vorm zorgen er samen voor dat het geluid zo goed mogelijk wordt tegengehouden. Dit soort geluidswallen vormt een steeds belangrijker element in het leefbaar houden van onze woonomgeving.

Dit project ontving de eerste prijs in de 9^e Concrete Design Competition 2019-2020.

Overstroomde straten en wegen zijn in veel steden al een enorm probleem dat alleen maar erger wordt door klimaatverandering. Om de riolering te ontlasten is er veel aandacht voor waterberging op het dak, maar de gevel kan hierin ook een belangrijke rol spelen. Een Multi-façade gevelelement kan dat water bufferen en tegelijkertijd door zijn begroeiing biodiversiteit, vermindering van luchtverontreiniging en geluidsoverlast en het menselijk welzijn bevorderen. Ook hier is het achterliggende principe dat een betonnen object niet alleen meer geproduceerd wordt vanwege zijn primaire functie (in dit geval een gevelpaneel), maar tegelijkertijd een bijdrage levert aan het repareren van intrinsieke productieschade zoals uitstoot, afval en opwarming. Met andere woorden: het gevelelement krijgt meerdere functies, bovenop de primaire functie van ’esthetische regenjas’, om daarmee te helpen in onze milieu- en klimaatuitdagingen.

Dit project ontving de derde prijs in de 9^e Concrete Design Competion 2019-2020.

Fijne fractie is een afvalproduct uit de betonrecyclingindustrie dat op dit moment nog geen hoogwaardige toepassing kent voor beton. Als alternatief bouwprincipe kan het materiaal wel gebruikt worden in stampbeton, een meer duurzame bouwmethode die minder cement nodig heeft dan normaal beton, en daardoor een bijdrage zal kunnen leveren aan het verminderen van CO₂-uitstoot. De productiemethode, de esthetiek van het materiaal en de mixverhoudingen zijn onderzoeken die de studenten hebben behandeld tijdens het ontwerpen van de rammed concrete brick.