Beton
is een kunstmatig steenachtig materiaal, dat als
bouwmateriaal
wordt gebruikt. Het moderne beton is samengesteld uit het
bindmiddel
cement
en uit een of meer
toeslagmaterialen
zoals
zand
,
grind
of
steenslag
. Cement, veelal een anorganisch mengsel van calcium-silicaten, heeft de eigenschap dat het reageert met water tot de vorming van calcium-silicaat-hydraten. Deze hydraten vormen een netwerk en geven aldus de sterkte aan het cement in het beton.
Goed beton is een mengsel waarin de korrelgroottes van de verschillende soorten zand en grind, in de juiste hoeveelheden, elkaar zodanig aanvullen dat het mengsel uithardt tot een steenachtig en standvastig materiaal. In tegenstelling tot sommige soorten
gips
lost uitgehard beton niet meer op in water.
Door de relatief lage prijs van het materiaal, de relatieve
inertie
, de eenvoud van het gebruik en door de vele mogelijkheden is beton een veelgebruikt bouwmateriaal. Jaarlijks verbruiken de geindustrialiseerde landen bijna een
kubieke meter
beton per persoon.
Tevens heeft cement, en bij uitbreiding beton, zeer interessante eigenschappen die voordelig zijn voor de
conditionering
van (waterige) afvalstromen. De hoge pH van het poriewater maakt dat de oplosbaarheid van de meeste metalen beperkt is. Tevens is cement intrinsiek compatibel met waterige afvalstromen, immers water wordt geconsumeerd tijdens de uitharding van het cement.
De
Egyptenaren
,
Babyloniers
,
Feniciers
,
Grieken
en
Romeinen
kenden reeds de voordelen van het gebruik van (ongewapend) beton. De Romeinen gebruikten het bij de bouw van kademuren,
bruggen
en
aquaducten
. Ook bij de bouw van het
Colosseum
en het
Pantheon
werd door de Romeinen beton gebruikt. Als bindmiddel werd meestal
kalk
of
tras
gebruikt. Later raakte deze betontechniek eeuwenlang in onbruik. Pas in
1756
maakte de Brit
John Smeaton
voor de herbouw van een
vuurtoren
gebruik van een mengsel van kalk en klei. Na verdere verbetering van dit materiaal en na de uitvinding in
1824
van het
Portlandcement
(genoemd naar het Engelse
Isle of Portland
) door de Engelsman
Joseph Aspdin
(die er patent op verkreeg) werd het gebruik van beton herontdekt. De eerste industriele vervaardiging van portlandcement wordt in
1842
geplaatst. In Nederland werd in 1870 te
Delfzijl
een kleine portlandcementfabriek geopend. Momenteel wordt wegens de goede eigenschappen meer en meer
hoogovencement
gebruikt, dat sinds 1931 bij de
Hoogovens
, het huidige Tata Steel Europe te
Velsen
, wordt gefabriceerd. Ondanks het voortschrijdend inzicht en technische ontwikkelingen, is het huidige beton minder bestand tegen zeewater, dan het beton dat door de Romeinen werd gebruikt. Onderzoek aan het
Massachusetts Institute of Technology
heeft uitgewezen, dat ze
Calciumoxyde
(ongebluste kalk) gebruikten, terwijl het moderne beton gebluste kalk bevat. Het mengen met ongebluste kalk, ook wel "hot mixing" genoemd, geeft een zelfherstellend vermogen aan het beton.
[1]
Omstreeks
1845
werden ook de eerste experimenten met
gewapend beton
uitgevoerd. Zie
Geschiedenis van gewapend beton
voor meer informatie hierover.
Een essentieel basisingredient van beton is
zand
. Voor sterk beton zijn zandkorrels nodig met een hoekig, ruw oppervlak. Zandkorrels die gladgesleten zijn, zoals woestijnzand, zijn niet geschikt. Eind 20e eeuw en begin 21e eeuw begint geschikt zand, benodigd voor steeds grotere bouwprojecten, wereldwijd schaars te worden hetgeen leidt tot internationale conflicten en inmenging van georganiseerde misdaad.
[2]
Beton ontstaat door water te mengen met een bindmiddel (zoals cement) en
granulaat
(zand en grind), vulstoffen en eventueel met toeslagstoffen. Bij de juiste verhoudingen worden de holtes tussen het grind vrijwel geheel gevuld met zandkorrels waarbij het cement de verschillende korrels aan elkaar plakt. Na uitharding kan de hardheid en duurzaamheid van natuurlijk gesteente worden geevenaard.
Het toegepaste beton
recept
is enerzijds afhankelijk van de gewenste sterkte en gewenste eigenschappen en anderzijds van de omgeving waar de betonconstructie zich in bevindt (
milieuklasse van het beton
).
Water kan niet onbeperkt worden toegevoegd. Door meer aanmaakwater te gebruiken wordt het beton weliswaar beter verwerkbaar, het eindresultaat is echter slechter. De verharding van cement is een chemische reactie die een beperkte hoeveelheid water vraagt; een teveel aan water levert zwakker beton ("water is vergif voor beton"
). Een tekort aan water zorgt er echter weer voor dat niet alle cement reageert. Bijgevolg is een juiste verhouding tussen water en cement (de zogeheten
water/cementfactor
) noodzakelijk om een goede
kwaliteit
beton te verkrijgen.
Er zijn een aantal mogelijke bindmiddelen. Een eerste mogelijk bindmiddel is gebaseerd op
kalk
, zoals de Romeinen het gebruikten. Dit is in onbruik geraakt. De eigenschappen leken het meest op het tegenwoordige metselspecie of ongewapend beton. Bij gebruik van het bindmiddel
asfalt
ontstaat
asfaltbeton
, dat gebruikt wordt voor de
wegenbouw
, parkeerplaatsen, bedrijfsvloeren. Men gebruikte vroeger ook
pek
/
teer
als bindmiddel. Deze worden vandaag de dag niet meer gebruikt in verband met hun vervuilende eigenschappen en slechtere mechanische eigenschappen.
In het meeste beton wordt tegenwoordig een calcium-silicaat-cement als bindmiddel gebruikt, In Belgie zijn vandaag
portlandcement
en
hoogovencement
de populairste in deze categorie. Naast de calcium-silicaat-cementen bestaan er echter vele andere cementen, zoals calcium-aluminaat (beter bekend onder zijn Franse term: "Ciment Fondu"), alkali-geactiveerde slakken, geopolymeren en calcium-aluminaat-fosfaat.
Een belangrijk onderdeel van het betonmengsel is het granulaat. Hoe kleiner en fijner de gebruikte korrels des te meer water noodzakelijk is.
Als aanvulling of vervanging van deze granulaten wordt soms ook een
toeslagmateriaal
bijgevoegd:
- vulstof
, een inert poeder van gemalen baksteen dat de stabiliteit van het mengsel verhoogt;
- vliegas
(poeder dat veel aluminium silicaat bevat), dat als plastificeerder optreedt en
puzzolane
eigenschappen heeft;
- silica fume
(ultrafijn silicium oxide poeder) met sterke puzzolane eigenschappen;
- recyclinggranulaat;
- gegranuleerde hoogovenslak
, gemalen als poeder (hoogovencement) of als granulaat.
In beton kunnen verschillende hulpstoffen gebruikt worden. Deze dienen om de eigenschappen van het beton te verbeteren of aan te passen.
- (super)
plastificeerders
die de verwerkbaarheid van het beton verhogen zonder extra water toe te voegen (te veel water zou de sterkte verminderen);
- bindingsversnellers;
- bindingsvertragers zoals
suiker
waardoor het betonmengsel langere tijd verwerkbaar blijft;
- luchtbelvormers
, om de vorstbestendigheid van het beton te verhogen;
- water vasthoudende stoffen, om onder water beton te kunnen gieten;
- kleur
pigmenten
;
- schuimvormers, om een geringe
dichtheid
en daardoor een betere isolatiewaarde (
warmte-isolatie
) te verkrijgen.
Beton is een relatief
bros
materiaal met een hoge
druksterkte
(de
kubusdruksterkte
bedraagt bij traditioneel beton 5 - 55 N/mm
2
, dat wil zeggen dat een betonnen
kubus
met een
ribbe
van 150 mm het gewicht van zo'n 120 000 kg kan dragen) terwijl de
treksterkte
slechts ongeveer 1/10 van de druksterkte is. Beton voor constructies moet in Nederland een
KOMO
-certificaat hebben en in Belgie een BENOR-certificaat en wordt vrijwel uitsluitend geleverd door gespecialiseerde
betoncentrales
, waardoor een constante samenstelling en kwaliteit van het beton kan worden gewaarborgd. Het grootste voordeel van beton is dat het flexibel toe te passen is. Voordat het uithardt, kan het in vele mogelijke vormen gegoten worden. Normaal beton weegt ongeveer 2400 kilogram per m³, echter speciale betonsoorten kunnen hier sterk van afwijken. Aangemaakt beton heeft een beperkte tijd waarbinnen het verwerkt moet worden, vaak is er een verwerkingstijd van maximaal 120 minuten.
De
zetmaat
van een betonmengsel is een maat voor de
plasticiteit
ervan. Met een metalen vorm, de
kegel van Abrams
, wordt een hoeveelheid betonmengsel op een tafel geplaatst. De originele hoogte van de kegel is 300 mm. Na het plaatsen wordt de metalen kegel omhooggetrokken en het beton zakt uit. De inzakking wordt gemeten, dit is de zetmaat, bijvoorbeeld 80 mm.
Een andere maat voor de plasticiteit is de schudmaat. De schudmaat wordt bepaald door het scharnierende tafelblad waarop de zetmaat is bepaald een aantal keren tot een voorgeschreven hoogte op te tillen en te laten vallen. De uitgezakte betonkegel zal hierbij nog verder uitzakken en de diameter van het uitgezakte beton bepaalt de schudmaat.
Men kan de sterkte van het beton meten door middel van een
Overzicht van de sterkteklassen
Tot 2005
|
Vanaf 2005
Nen-EN-206
|
B15
|
C12/15
|
B25
|
C20/25
|
B35
|
C28/35
|
B45
|
C35/45
|
B55
|
C45/55
|
B65
|
C53/65
|
B75
|
C60/75
|
B85
|
C70/85
|
C20/25 betekent een
karakteristieke cilinderdruksterkte
van 20 N/mm
2
en een karakteristieke kubusdruksterkte van 25 N/mm
2
.
- Gieten of storten in de
bekisting
- Beton is een lopende brij die in de juiste vorm gehouden moet worden. Vanwege het hoge gewicht en de daarmee gepaard gaande grote krachten is een versterkte bekisting nodig. Naast de traditionele houten bekisting onderscheidt men:
glijbekisting
(bekisting die langzaam mee beweegt naarmate het storten vordert, in gebruik bij onder andere de wegenbouw),
systeembekisting
(meermaals bruikbare bekisting),
verloren bekisting
(bekisting die niet meer verwijderd wordt en ter plekke achterblijft).
- Verdichten
- Bij het verdichten wordt vaak gebruikgemaakt van een
trilnaald
. Bij kleinere hoeveelheden of oppervlaktes wordt ook wel een houten balkje gebruikt. Het doel van verdichten is om de luchtbellen uit het mengsel te verwijderen.
- Bescherming tegen uitdroging
- Indien het verse beton uitdroogt, zal het krimpen waardoor er
trekspanningen
optreden die het beton laten scheuren (krimpscheuren). Te snelle uitdroging kan voorkomen worden door het beton nat te houden, door chemische producten te gebruiken (zogenaamde
curing compound
), door het beton af te dekken (met een folie of zeil) of door het in een ruimte te plaatsen met een zeer hoge luchtvochtigheid (een zogenaamde
klimaat
- of
hardingskamer
).
- Bescherming tegen vorst of oververhitting
- Hoe lager de temperatuur, des te langzamer het beton uithardt. Onder 0 °C vindt geen uitharding meer plaats. Buiten gestort beton moet dus zo nodig tegen vorst worden beschermd. Dit kan onder andere door
infraroodlampen
te gebruiken of beton aan te maken met warm water. Verharden van beton is een
exotherme reactie
; er komt warmte vrij en dit kan voldoende zijn om de temperatuur hoog genoeg te houden, maar hierdoor is het soms ook niet mogelijk om grote hoeveelheden beton in een keer te storten. In dat geval moeten er buizen in het beton opgenomen worden, waar koud water doorheen circuleert om de warmte af te voeren.
- Bescherming tegen ontmenging
- Tijdens het storten en gedurende de eerste periode van het uitharden kan ontmenging (
segregatie
) optreden. Dat houdt in dat de zwaardere granulaatkorrels naar beneden zakken. Dit kan voorkomen worden door:
- voldoende fijne deeltjes toe te voegen;
- een niet te hoge water/cement-factor te gebruiken;
- niet te lang te trillen;
- een minder plastisch beton te gebruiken;
- een stabilisator te gebruiken.
- Gepolijst beton
is een vorm van afwerking van beton. Het is een techniek om verdichting en glans aan te brengen. Deze methodiek van afwerken van betonnen oppervlakken geniet de laatste jaren steeds meer interesse.
- Gewapend beton
is een combinatie van beton en
stalen
staven (betonijzer), wapening genoemd. De staven worden daar aangebracht waar trekspanning zal optreden. Op dit procede werd in
1867
door de Fransman
Joseph Monier
een
patent
verkregen. Het met staal
wapenen van beton
kan omdat de thermische uitzettingscoefficient van staal gelijk is aan die van beton.
Betonrot
is een aantasting van het beton die veel voorkomt bij gewapend beton van lage kwaliteit. Het treedt vaak op bij onvoldoende
dekking
van de wapening in het beton, waardoor deze gaat
roesten
. Het is herkenbaar aan de roestvlekken aan de oppervlakte van het beton. De steeds dikker wordende roestlaag drukt uiteindelijk het omliggende beton weg waardoor dit afbrokkelt. Betonrot wordt vooral veroorzaakt door
carbonatatie
en insijpeling van vocht en
chloor
ionen
, afkomstig uit bijvoorbeeld strooi
zout
.
- Hogesterktebeton
(HSB, vanaf 65 N/mm2) of
ultrahogesterktebeton
(UHSB, vanaf 150 N/mm2).
- Voorgespannen beton
lijkt op gewapend beton, maar in aanvulling op betonijzer wordt er gebruikgemaakt van voorgespannen (of nagespannen) staaldraden en -kabels in het beton. Door het spannen van de kabels wordt in de trekzone een
drukkracht
op het beton aangebracht welke de
trekkracht
als gevolg van de externe belasting compenseert. Hierdoor kan een voorgespannen betonelement een grotere belasting opnemen dan een element van gewapend beton van dezelfde afmetingen. Geprefabriceerde voorgespannen liggers worden veel toegepast bij de constructie van
viaducten
en
vloeren
.
Ecobeton is een beton dat door zijn samenstelling en structuur de
biodiversiteit
stimuleert. Een belangrijke toepassing is het gebruik in
strekdammen
en
golfbrekers
, waar
mariene organismen
zich gemakkelijker kunnen hechten aan de vele gaatjes en richels op het beton. Ecobeton zou ook minder ongewenste stoffen afscheiden.
[3]
- volgens de aard van de gebruikte materialen: grindbeton, steenslagbeton, sintelbeton, bimsbeton, hollithbeton,
staalvezelbeton
.
- volgens de wijze van vervaardiging:
stampbeton
(een mengsel met een laag cementgehalte dat geschikt is voor ongewapende fundering), trilbeton,
schokbeton
,
spuitbeton
, vacuumbeton, gasbeton.
- naargelang het doel waarvoor het bestemd is: hogesterktebeton, zelfverdichtend beton, onderwaterbeton, schoonbeton, licht beton, zwaar beton, aardvochtig beton (betonwaren industrie).
- afhankelijk van de wijze van productie: betonnen onderdelen kunnen ofwel geprefabriceerd worden ofwel in het werk ter plaatse (
in situ
, of
ter plaatse gestort
) gemaakt worden. In het laatste geval wordt het beton aangevoerd van de betoncentrale, daarna in de
bekisting
gestort en getrild, waarna het kan uitharden. Standaardelementen zoals rioleringsbuizen en profielen worden vooraf in de fabriek gemaakt (
geprefabriceerd beton
). Doordat alles binnen de fabriek in optimale omstandigheden gebeurt is de kwaliteit van prefabbetonelementen in de regel beter dan die van ter plaatse gestort beton. Nadeel is dat grote, zware elementen niet altijd over de weg vervoerd kunnen worden.
Over de weg wordt beton doorgaans vervoerd met een
zelfrijdende betonmolen
.
Op / bij het terrein van een betonfabriek werd vaak
smalspoor
gebruikt. Alleen te Koudekerk aan de IJssel is het nog aanwezig, ook naar kade buiten het terrein.
- Robert Courland,
Concrete Planet. The Strange and Fascinating Story of the World's Most Common Man-Made Material Paperback
, 2011.
ISBN 1616144815
Bronnen, noten en/of referenties