Alternatieve wapening: de toekomst van duurzame betonconstructies
Ons recente onderzoek met Bekaert en Voorbij Prefab leverde interessante resultaten op. Hoewel basaltwapening een tweemaal hogere sterkte heeft dan conventioneel staal en corrosiebestendigheid biedt, werden ook de uitdagingen zichtbaar. Zo leidt simpele één-op-één vervanging tot grotere doorbuigingen en scheurwijdtes; tegelijkertijd is alternatieve wapening zeer geschikt voor specifieke toepassingsgebieden. Cruciale inzichten voor toekomstige toepassingen.
ABT heeft de ambitie om in 2030 klimaatpositieve projecten te realiseren. Dat vraagt om grote stappen in onze ontwerpen en advisering. De betonindustrie heeft nog steeds een grote milieu-impact en dus is verandering noodzakelijk. Een belangrijk aspect hierbij is het verminderen van de CO2-uitstoot door het toepassen van minder of geen portlandcementklinker in betonsamenstellingen. Maar dat is niet het enige.
Binnen onze afdeling Betonspecials onderzoeken wij de toepassing van alternatieve wapeningsmaterialen om zo ook de impact van het wapeningsaandeel te verminderen. Dit kan bijvoorbeeld door het toepassen van glasvezel- of basaltwapening, al dan niet gecombineerd met constructieve macrovezels van bijvoorbeeld staal, basalt of kunststof. Deze producten zijn niet nieuw, maar door de potentie voor duurzamere betonconstructies wordt de toepassing ervan steeds relevanter. Daarnaast zal het toepassen van alternatieve wapeningsmaterialen op termijn ook onderdeel zijn van de nieuwe Eurocode en dus voldoen aan de toekomstige normen. Deze producten zullen dan ook verder ontwikkeld worden.
Maar wat zijn nu de voor- en nadelen van deze materialen? Dit zijn de belangrijkste:
- de sterkte van basalt- en glasvezelstaven is ongeveer 2x zo hoog als van wapeningsstaal;
- het materiaal is lineair elastisch en kan ver opgerekt worden voordat het breekt;
- het gewicht is ongeveer een kwart van wapeningsstaal;
- het materiaal kan niet corroderen;
- het materiaal is niet geleidend;
- de elasticiteitsmodulus is ongeveer 4x lager dan bij wapeningsstaal;
- het materiaal is gevoelig voor sterktevermindering in een alkalisch milieu (traditioneel beton) en bij langdurige belasting;
- het materiaal is duurder dan wapeningsstaal en wordt niet in Nederland geproduceerd (dus hogere transportkosten en milieubelasting).
Alternatieve wapening is nodig om dezelfde reden als traditionele wapening. Bovenstaande aspecten maken echter dat het wel degelijk anders is dan traditioneel wapeningsstaal. Traditionele wapening is dan ook niet zomaar één-op-één uitwisselbaar met deze alternatieve materialen. Als het qua materiaaleigenschappen haalbaar is, kun je bij toepassing van alternatieve wapening ca. 40% van de CO2 impact besparen van het gemiddeld gebruikte wapeningsstaal.
Samen met Bekaert en Voorbij Prefab hebben we vorig jaar onderzoek gedaan naar het alternatief wapenen van wandpanelen. Binnen dit onderzoek is onder andere gekeken naar het toepassen van basaltwapening, al dan niet gecombineerd met staalvezels. Om goed te leren hoe deze materialen zich gedragen, is een onderzoek opgezet rondom het testen van kleine balken tot aan volwaardige platen van 3,20 m (zie foto’s 2-4). De resultaten bleken zeer leerzaam; ze laten goed de potentie, maar ook de uitdagingen van de materialen zien.
Zo is duidelijk geworden wat het effect is van de hoge sterkte van basaltwapening in combinatie met de lage elasticiteitsmodulus. De capaciteit is weliswaar hoger dan van traditioneel wapeningsstaal, maar de doorbuiging en scheurwijdtes ook. Hoewel het één-op-één vervangen van traditionele wapening door alternatieve materialen interessante resultaten geeft, wil niemand een constructie die zo ver doorbuigt onder grote belasting. Dit benadrukt waarom zorgvuldige overweging bij de toepassing van nieuwe materialen essentieel is.
De grootste potentie van alternatieve wapening ligt in specifieke toepassingsgebieden. Met name constructie-elementen in zware milieuklassen waarbij doorbuiging en scheurwijdtebeheersing minder kritisch zijn, bieden uitstekende mogelijkheden. Doordat alternatieve wapening niet corrodeert, is scheurwijdtebeheersing minder relevant en hoeft er niet extra veel wapening in een constructie gestopt te worden. Dit biedt een dubbel voordeel voor duurzaamheid: er kan minder wapening worden toegepast én er kan beton worden gebruikt met minder dekking of lagere milieuklasse-eisen, wat resulteert in verminderd materiaalgebruik en minder portlandcementklinker. Denk qua toepassingen bijvoorbeeld aan wandpanelen (zie foto 5), funderingen of constructies waarbij stroomgeleiding van hoogspanning vermeden moet worden.
Gezien de potentie gaan wij de komende jaren verder met het toepassen van alternatieve wapening waar dit zinvol is. Bij twijfel blijven praktijktesten de beste manier om inzicht te krijgen en de acceptatie van innovaties te bevorderen. Ik kijk uit naar toekomstige ontwerpen waarin we deze veelbelovende materialen kunnen implementeren!
Dit artikel is gepubliceerd in de zomer 2025 editie van ABT Magazine