NIEUWE ARCHITECTURALE TOEPASSINGEN VAN HOGESTERKTEBETON
MODERNE TECHNOLOGIE VOORHOGESTERKTEBETON BIEDT EEN WAAIERVAN MOGELIJKHEDEN VOOR ARCHITECTEN
Beton in de architectuur is uiteraard niet nieuw. Het materiaal is echter veelal alleen maar gekend als die materie waarmee zeer massieve en zware structuren kunnen worden gebouwd. Moderne versies van hogesterktebeton bieden echter mogelijkheden om zelfs zeer fragiele structuren te bouwen met een aparte architectonische waarde. De combinatie van een eenvoudige giettechniek als productiemethode en de extreme materiaaleigenschappen zorgen meteen ook voor een betaalbaar en vooral duurzaam product.
TERMINOLOGIE
De term 'hogesterktebeton' wordt dikwijls gebruikt, hoewel het niet altijd duidelijk is wat onder deze vlag schuilgaat. De Nederlandse CUR-aanbeveling 97 (2004) gaf een eerste duidelijk stramien weer met de sterkte-eigenschappen waaraan dit beton moest voldoen. Hierin stelt men dat 'traditioneel' beton een druksterkte haalt tot 65 MPa. Hogesterktebeton (HSB) zou dan tot 105 MPa uitlopen, terwijl de grens voor zeer-hogesterktebeton (ZHSB) en ultra- hogesterktebeton (UHSB) respectievelijk op 150 en 200 MPa ligt.
Deze indeling hield alleen rekening met de kubusdruksterkte en de grenzen werden eerder arbitrair vastgelegd. Daarenboven is het verschil tussen de verschillende soorten niet echt voor iedereen duidelijk. Verder moet ook gezegd dat vandaag, door een sterk veranderde betontechnologie, beton kan worden geproduceerd met een druksterkte die veel hoger is dan de 200 MPa in deze indeling.
Terwijl beton oorspronkelijk samengesteld werd met de 'klassieke' ingrediënten, grof granulaat, zand en cement, evolueerde dit in de negentiger jaren tot een materiaal met toevoeging van een zeer fijne fractie. In veel gevallen nam deze fijne fractie ook actief deel aan een sterkteontwikkeling. Dit opende zeker mogelijkheden voor een hogere druksterkte. Vandaag kan in de betontechnologie nu ook de nanofractie opgenomen worden, wat een geheel andere benadering van het mengselontwerp impliceert. Tevens worden nu ook veelal fijne vezels toegevoegd aan het HSB-mengsel waardoor ook een hogere ductiliteit kan worden gewaarborgd. Het spreekt voor zich dat zo niet alleen de druksterkte kan worden beïnvloed, maar dat ook alle andere mechanische en fysische eigenschappen sterk zullen afwijken in vergelijking met die van een klassiek (hoge- sterkte-) beton.
Rekening houdend met de eigenschappen van 'modern' HSB is het misschien beter dit materiaal te omschrijven met de Engelse termen High Performance Concrete (HPC) en Ultra High Performance Concrete (UHPC). De term 'performance' geeft duidelijk aan dat het om meer gaat dan druksterkte alleen.
Het onderscheid tussen de twee is voornamelijk te zoeken in het feit dat een UHPC een hoge ductiliteit bezit, terwijl dit voor een HPC eerder beperkt is. In de literatuur duiken heel wat varianten op van deze naamgeving die een bepaalde eigenschap of ingrediënt sterker benadrukken, maar in wezen blijft het steeds een UHPC. Men spreekt bijvoorbeeld over een UHPFRCC (Ultra High Performance Fibre Reinforced Cementitious Concrete) als men het heeft over een UHPC waar men de toevoeging van vezels en cement wil benadrukken.
GRONDSTOFFEN
Naast de klassieke componenten van beton worden dus ook reactieve fijne stoffen gebruikt in een UHPC. Cement blijft een belangrijke rol vervullen als hydraulisch bindmiddel (wat reageert met water en verhardt en na verharding niet meer oplost in water). Daarnaast kan worden gebruikgemaakt van vliegassen en metakaoliniet die beide in hoofdzaak puzzolaan (een puzzolaan is een bindmiddel dat niet met water reageert, maar wel met water plus kalk) werken en een korrelgrootte hebben in dezelfde orde als die van cement. De gebruikte vliegassen zijn in principe poederkoolvliegassen, afkomstig van elektriciteitscentrales. Metakaoliniet is een amorf aluminosilicaat bekomen door een warmtebehandeling van kaoliniet, een zuivere kleisoort. Extreme verbeteringen van de eigenschappen kunnen echter pas gehaald worden door toevoeging van de zogenaamde microsilica. Deze poeders zijn ongeveer 40 keer fijner dan cement. Ze ontstaan als restpoeder bij de productie van silicium-producten. Zij reageren puzzolaan en zijn door hun vorm en grootte ook interessant als vulmateriaal tussen de grotere korrels.
Het toevoegen van fijne poeders aan beton zal er zeker voor zorgen dat met het korrelmateriaal een dicht 'skelet' gevormd wordt. Dit product zal echter nog altijd vrij bros breken. Om een hogere ductiliteit te geven aan het materiaal kan men fijne vezels toevoegen. Deze zorgen ervoor dat bij een breuk in het steenachtige deel van het beton, de scheuren overbrugd worden met de sterke vezels zodat het zijn vorm kan blijven houden. Op dit nanoniveau moet men microvezels inzetten. Veelal zijn dit kunststofvezels met een lengte van 5 tot 25 mm. De zeer korte vezels verhogen de treksterkte en de iets langere zorgen dan weer voor een beter plastisch gedrag.
