Zelfherstellend beton: betonreparatie innoveren

BESIX onderneemt actief stappen om een positieve impact op het milieu te hebben door onder andere mee te werken aan onderzoeken. Zo speelt BESIX Engineering een instrumentele rol als industriële sponsor in het project SMARTINCS over zelfherstellend beton in samenwerking met een doctoraatsstudente van de Universiteit Gent, Yasmina Shields.

Het project SMARTINCS, dat wordt gefinancierd door het onderzoeks- en innovatieprogramma Horizon 2020 van de EU, heeft als doel een nieuwe manier van hoe we met de levenscyclus van beton omgaan te integreren in de uitvoering van betonconstructies. Het initiatief wil met behulp van zelfherstellende materialen de levensduur van betonnen constructies verlengen en tegelijkertijd de onderhouds- en reparatiekosten, alsook de noodzaak voor sloop en wederopbouw, te verminderen.

De bijdrage van BESIX

Als industriële sponsor geeft BESIX de onderzoekster de kans om zelfherstellende methodes te testen onder reële werfomstandigheden en om bouwprocedures te evalueren. Negen betonnen proefwanden van 2 m² en 10 cm dik werden gebouwd op werf van de Henneaubrug in Zaventem. De werf werd geselecteerd, omdat de nodige bekistingsmaterialen aanwezig waren en beton er gemakkelijk geleverd kan worden.

Om de effectiviteit van het zelfherstellende vermogen te beoordelen, werd er opzettelijk acties ondernomen die scheuren in de betonnen muren zouden veroorzaken tijdens het bouwproces. Technieken die gewoonlijk vermeden worden in de bouw, zoals overmatig cementgebruik, onvoldoende wapening, afwezigheid van horizontale wapening, snelle ontkisting en ongunstige bouwomstandigheden, werden toegepast.

Yasmina Shields: “Ik wil BESIX enorm bedanken. Niet alleen omdat ze de juiste werf hebben geïdentificeerd voor mijn onderzoek, maar ook de nodige materialen en deskundigen hebben voorzien. Het toont dat BESIX zich actief wil inzetten om elk mogelijk pad naar duurzaamheid te onderzoeken.”

De zelfherstellende techniek

Het zelfherstellende systeem bestaat uit een netwerk van polymerische buizen die aan de stalen wapening worden bevestigd voordat het beton wordt gegoten. Het vasculaire netwerksysteem is gedeeltelijk gefabriceerd met behulp van een 3D-printer en geëxtrudeerde buizen. De buizen hebben voorgeperforeerde gaten die bedekt zijn met gelatine. De gelatine lost op tijdens het uitharden van het beton. De toegankelijke uiteinden van de buisjes buiten het betonelement maken het mogelijk om na uitharding zelfhelende producten in deze buisjes te injecteren. De injectieproducten verspreiden zich dan door de gaten in het beton en vullen de scheuren.

Vasculaire netwerken die op wapening van wanden worden geplaatst.

Het waarom

Hoewel beton een veelgebruikt bouwmateriaal is, ligt de grootste zwakte in de kwetsbaarheid voor scheuren. Grote platen of lange tunnelwanden vertonen bijvoorbeeld vaak overmatige scheurvorming als gevolg van ingehouden krimp. Scheuren kunnen nadelig zijn voor de waterdichtheid, maar ook voor de duurzaamheid op lange termijn, omdat ze een gemakkelijke ingang vormen voor schadelijke stoffen zoals CO2 of chloriden (dooizouten of zeewater). Dit leidt tot versnelde corrosie en verkort de levensduur van beton, waardoor kostbare onderhoudsprocedures nodig zijn gedurende de levensduur van het project. Door zelfherstellende eigenschappen aan beton toe te voegen, kan de levensduur van elementen worden verlengd en het onderhoud worden verminderd, met name bij projecten waar de toegankelijkheid tijdens het gebruik een uitdaging is of waar een tijdelijke sluiting voor reparaties aanzienlijke economische of milieugevolgen zou hebben voor de maatschappij.

Wat nu?

De onderzoekster volgt en test momenteel de effecten en voordelen van het zelfherstellende middel. Verschillende herstellende producten zoals hars, polyurethaan en waterafstotende middelen worden in laboratoriumsettings onderzocht op hun efficiëntie. Er worden testen uitgevoerd voor en na de injectie van deze producten in het vasculaire netwerk. Daarnaast worden er kernboringen uitgevoerd op de wanden waar het product is geïnjecteerd om de efficiëntie van het proces te beoordelen met behulp van verschillende testmethodes zoals waterabsorptie en golfsnelheid.

Zelfherstellend product lekt uit scheur nadat waterafstotend product werd ingespoten.

Na de onderzoeks- en ontwikkelingsfase, en als de tests positieve resultaten opleveren, zullen verschillende vervolgstappen nodig zijn, waaronder certificering, standaardisatie en commercialisatie, om de oplossing op de markt te brengen. Terwijl certificering en standaardisatie langdurige processen zijn, ligt de grootste uitdaging in het commercieel aantrekkelijk maken van de zelfherstellende methodologie in vergelijking met traditionele injectiemethoden. Desalniettemin toont deze innovatieve zelfherstellende aanpak een groot potentieel in nieuwe projecten waar het behoud van waterdichtheid en duurzaamheid in bepaalde gebieden essentieel is. Het is vooral nuttig in situaties waar traditionele injectiemethoden onveilig of onhaalbaar worden geacht vanwege factoren zoals beperkte toegankelijkheid.