IM1603

Page 1

Nummer 3 2016

Vlasvezelversterkt kunststof brugdek Translucent, luchtzuiverend beton Paviljoen van genaaide houten segmenten Vuurvast hout ‘The material formaly known as concrete’ Primeur: betonkano zonder cement


INHOUD Innovatieve Materialen is een vaktijdschrift gericht op de civieltechnische sector en bouw. Het bericht over ontwikkelingen op het gebied van duurzame, innovatieve materialen en/of de toepassing daarvan in bijzondere constructies. Innovatieve Materialen is een uitgave van Civiele Techniek, onafhankelijk vaktijdschrift voor civieltechnisch ingenieurs werkzaam in de grond-, weg- en waterbouw en verkeerstechniek. De redactie staat open voor bijdragen van vakgenoten. U kunt daartoe contact opnemen met de redactie.

Uitgeverij SJP Uitgevers Postbus 861 4200 AW Gorinchem tel. (0183) 66 08 08 e-mail: info@innovatievematerialen.nl www.innovatievematerialen.nl

Redactie: Bureau Schoonebeek vof Hoofdredactie: Gerard van Nifterik

Advertenties Drs. Petra Schoonebeek e-mail: ps@innovatievematerialen.nl Een digitaal abonnement in 2016 (6 uitgaven) kost € 25,00 (excl. BTW) (4 Zie ook: www.innovatievematerialen.nl Niets uit deze uitgave mag worden verveelvuldigd en of openbaar worden door middel van herdruk, fotokopie, microfilm of op welke wijze dan ook, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever.

12 Vlasvezelversterkt kunststof brugdek

In Emmen heeft Wildlife adventure park een beweegbare brug laten maken van vlasvezelcomposiet. Hogeschool Windesheim heeft voor dit project de conversiefactoren, de vermoeiingssterkte en de maatregelen tegen aantasting van vezelversterkt kunststof (VVK) onderzocht. Dit is gebeurd aan de hand van literatuuronderzoek (vermoeiing) en waar nodig aangevuld met experimenteel onderzoek (temperatuur en vocht).

16 Translucent, luchtzuiverend beton

Vorig jaar presenteerde de Rotterdamse kunstenaar Jan Eric Visser een nieuw buitenproject, Ruins of Desire, bij Landgoed Anningahof. De sokkels van de beelden zijn gemaakt van een nieuw type beton, ontwikkeld door de TU Eindhoven. In dit nieuwe materiaal zijn de basisgrondstoffen zand en grind volledig vervangen door afvalmaterialen zoals glas. Daarnaast bevat het een mineraal dat onder invloed van UV-licht luchtvervuilende stoffen afbreekt. Zo breekt het onder meer fijnstof af en remt het de groei van aanslag op beton. Dankzij de glasdeeltjes wordt deze zuiverende werking met 40 procent versterkt.

19 Primeur: betonkano zonder cement

Eind mei werd in Arnhem de jaarlijkse, traditionele betonkanorace gehouden, dit jaar gewonnen door het team van Leipzig. Opvallend was de betonkano van de TU Delft, die twee prijzen in de wacht sleepte. De kano van het team woog 250 kilo en was daarmee de zwaarste kano van het jaar. Daarnaast won het team de prijs voor meest duurzame kano vanwege het bijzondere materiaal. De eerste kano van geopolymeerbeton.

22 Paviljoen van genaaide houten segmenten

Het Institut für Computerbasiertes Entwerfen (ICD) en het Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE) hebben in april een nieuw paviljoen opgeleverd waarmee nieuwe gerobotiseerde textielfabricagetechnieken voor gesegmenteerde houtbouw worden gedemonstreerd. Het paviljoen - zogenoemde ICD/ITKE Research Pavilion 2015-16 - is volgens de betrokken onderzoekers de eerste in zijn soort met industrieel genaaide houten elementen op architectonische schaal.

24 Vuurvast hout

Hout staat sinds mensenheugenis bekend als een populair, licht, stevig bouwmateriaal. Maar het staat tegenwoordig ook meer en meer in de belangstelling omdat het een hernieuwbaar en recycleerbaar materiaal is. Er is wel een nadeel: hout brandt. Tot voor kort was het vanwege brandveiligheid niet toegestaan om woningen en kantoorgebouwen te bouwen met hout van meer dan zes verdiepingen hoog. Wetenschappers van het Zwitserse onderzoeksinstituut EMPA en de Wood Materials Science Group aan de ETH Zürich zeggen nu een manier te hebben ontwikkeld om de brandbaarheid van hout te verminderen.

26 ‘The material formaly known as concrete’

Eind vorig jaar nam de TU Eindhoven een 3D-betonprinter in gebruik, waarmee objecten tot 11 meter lang, 5 meter breed en 4 meter hoog geprint kunnen worden. Voorlopig wordt de installatie gebruikt om onderzoek te doen, research dat moet leiden de eerste betonnen 3D-geprinte proefhuis van Nederland. Binnen de woning en utiliteitsbouw wordt inmiddels veel verwacht van 3D-printen van beton, en zelfs voor de civieltechnische sector lijken er kansen. Prof. Theo Salet, TU Eindhoven, over de impact van 3D-betonprinten.

2 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2016


BERICHTEN

Paddenstoel-stenen

Paddenstoelbankjes voor de ‘bookstore’ van UBC in Vancouver

Onderzoekers van de Universiteit van British Columbia (UBC) in Vancouver, Canada, denken dat paddenstoelen op grote schaal zouden kunnen worden gebruikt als duurzame, biologisch afbreek-

bare structurele bouwmaterialen. In een innovatief designproject ontwikkelde de wetenschappers zes nieuwe stijlvolle banken, gemaakt van een mengsel van oesterzwam-mycelium en elzenhoutzaagsel, verpakt in een soort mallen. UBC zegt met het project te anticiperen op de groeiende belangstelling voor mycelium biocomposieten, waarin men paddenstoel-wortels, het mycelium, laat groeien in los cellulose-materiaal zoals zaagsel. Het resultaat: duurzame materialen met eigenschappen die volgens UBC vergelijkbaar zijn met die van polystyreenschuim. Het Canadese proces bestaat uit vijf stappen. Eerst wordt het elzenhoutzaagsel gesteriliseerd, gemengd met voedingsstoffen, en bij een lokale paddenstoelkweker geënt met de sporen van de gewone oesterzwam (pleurotus ostreatus). Het mycelium liet men gedurende twee weken in het zaagsel groeien, waarna het werd overgebracht naar een kas bij UBC.

Het zaagsel-myceliummengsel werd versnipperd in een houtversnipperaar, en vervolgens verpakt in mallen. Na vijf dagen werden de mallen verwijderd, waarna de mycelium-biocomposietblokken werden verpakt in folie om de groei van chitine op de buitenkant te bevorderen. (Chitine is een sterke polysacharide die voorkomt als bouwstof in de celwanden van schimmels.) Na droging werden de blokken geassembleerd tot banken en voorzien van een bovenkant van acrylaatpolymeer. Meer bij UBC>

Video

3 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016


BERICHTEN

3D-geprint schuim veroudert langzamer

Materiaalwetenschappers van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hebben ontdekt dat 3D-geprint schuim veel beter presteert op het gebied van duurzaamheid en mechanische lange-termijn prestaties dan conventionele, standaard schuimen.

Lange termijn

Traditioneel worden schuimen gemaakt met processen die leiden tot ongelijkmatige structuuren met aanzienlijke spreiding in grootte, vorm, dikte, verbondenheid en topologie van de cellen. Onderzoekers van het additive manufacturing lab van LLNL zeggen onlangs de haalbaarheid te hebben aangetoond van het 3D-printen van uniforme schuimstructuren, met het zogenaamde direct-ink-write proces. Maar voordat zulke materialen op de markt kunnen wrden gebracht, is het belangrijk om inzicht te krijgen in de lange-termijn mechanische stabiliteit van 3D-geprint schuim. Daarom voerde het LLNL-team versnelde verouderingsexperimenten uit, waarbij monsters van zowel traditionele schuimen als 3D-geprinte materia-

4 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016

len werden onderworpen aan een reeks experimenten. Volgens de onderzoekers hebben hun experimenten overtuigend aangetoond dat 3D-geprinte schuimen maar langzaam verouderen, en hun mechanische en structurele eigenschappen langer behouden dan soortgelijke traditionele materialen.

Nieuwe mogelijkheden

LLNL verwacht dat 3D-printen van schuimen veel nieuwe mogelijkheden zal bieden bij het ontwerpen van nieuwe schuimmaterialen met instelbare mechanische eigenschappen. Nu de superieure stabiliteit op lange termijn en de prestaties van het 3D-geprinte materiaal is aangetoond, is er volgens de onderzoekers geen reden om traditionele schuimen niet te vervangen door goed ontworpen 3D-geprint schuim. Meer op de site van LLNL>

Flexibel keramiek Een nieuw bedrijf - Eurekite - ontwikkelde op basis van technologie van MESA + Institude van Nanotechnologie, Flexiramics, een flexibel, 100 procent keramisch materiaal. Flexiramics is licht en flexibel als een polymeer, maar heeft alle fysischchemische eigenschappen van de traditionele keramiek. Het is het eerste flexibele, keramische materiaal ooit, en kan worden toegepast in onder meer antennes, vermogenselektronica en/of in zware omstandigheden. Eurekite ontwikkelde een flexibel keramisch printplaat-concept (PCB), waar polymere eigenschappen als lichtgewicht en flexibiliteit zijn gecombineerd met de temperatuurbestendigheid en elektrische isolatie van een keramische PCB. Het materiaal is volgens de bedenkers veelbelovend als substraat voor elektronica die onder zware omstandigheden moet worden toegepast, zoals hoge temperatuur. Daarnaast zorgt Flexiramics voor meer ontwerp-opties en een betere signaalintegriteit tegen een concurrerende prijs. www.eurekite.com>


BERICHTEN

Doorzichtig hout

Onderzoekers van Stockholm KTH Royal Institute of Technology hebben een nieuw, transparant materiaal gemaakt van hout dat geschikt is voor massaproductie. De bevinding werd onlangs gepubliceerd in het American Chemical Society tijdschrift Biomacromolecules. Volgens Lars Berglund, professor aan de Wallenberg Wood Science Center in KTH, is het optisch transparante van KTH hout een soort houtfineer waarin de lignine, een component van de celwand, chemisch is verwijderd. Er blijft dan een wit poreus fineer substraat achter dat wordt geïmpregneerd met een transparant polymeer. De optische eigenschappen van de twee worden vervolgens met nanotechnologie op elkaar afgesteld. Volgens Berglund kunnen transparante houtpanelen in de toekomst worden gebruikt voor zonnecellen, ramen en semi-transparantie gevels, die licht binnen laten en tegelijk de privacy waarborgen. De volgende stap van de Zweedse onderzoekers is om de transparantie van het materiaal verder te verbeteren en het productieproces op te schalen. Meer bij KTH>

Antivries coating Onderzoekers van de Universiteit van Michigan ontwikkelden een duurzaam, ijs-afstotende coating, die ijs vrijwel vanzelf verwijdert van apparatuur, vliegtuigen of autoruiten. Volgens de wetenschappers uit Michigan kan dit interessant zijn voor sectoren zoals energie, scheepvaart en transport, vooral in streken met een koud klimaat waar ijs vaak een constante probleemfactor is. De nieuwe coating zou volgens de betrokken onderzoekers ook kunnen leiden tot forse energiebesparingen in diepvriezers, die gebruik maken van ingewikkelde en energieverslindende ontdooisystemen om ijsafzettingsvrij te blijven. Een ijs-afstotende coating zou huishoudelijke en industriële diepvriezers tot twintig procent efficiënter kunnen maken. De coating, die als spray wordt opge-

bracht, is gemaakt van een mengsel van zachte synthetische rubbers. Het principe is gebaseerd op een fenomeen dat grensvlakcavitatie wordt genoemd. Twee starre vlakken - bijvoorbeeld ijs en een autoruit - kunnen aan elkaar plakken, waarbij veel kracht nodig is om die hechting te verbreken. Maar vanwege die grensvlakcavitatie, gedraagt de hechting tussen een vast materiaal en een rubberachtig oppervlak zich anders. Zelfs met een kleine hoeveelheid kracht kan het rubberachtige oppervlak vervormen, waardoor het vaste materiaal - ijs in dit geval - losbreekt. De coating is recentelijk beschreven in een publicatie ‘Designing durable ice­ phobic surfaces’ in het tijdschrift Science Advances. Het onderzoek werd gefinancierd door

het U-M MTRAC programma, dat speciaal in het leven is geroepen als steun voor nieuwe innovaties met commer­ cieel potentieel. Meer op de website van UM>

Video

5 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016


BERICHTEN

Crystal House geopend Belangrijk onderdeel van de realisatie van het Crystal House in Amsterdam was het ontwikkelen van de glazen bouwstenen (zie Innovatieve Materialen nummer 3 2015). De glazen bouwstenen zijn afkomstig van natronkalkglas van Poesia divisione di Vetreria Resanese S.p.a (bij Venetië). Het was vanwege de zware eisen die aan de monolithische glazen blokken werden gesteld niet mogelijk het bestaande standaardproduct te gebruiken. Daartoe moest het productieproces van de glazen blokken worden aangepast. Het onderzoek dat daaraan ten grondslag lag werd uitgevoerd door de Technische Universiteit Delft, in samenwerking met ingenieursbureau ABT en aannemer Wessels Zeist. De UV-hardende, transparante acrylaatlijm heeft Delo Industriële kleefstoffen in Duitsland speciaal ontwikkeld voor de verlijming van glas.

Eind april zijn aan de PC Hooftstraat in Amsterdam de glazen deuren van het Crystal House officieel geopend. Het pand is opgetrokken als negentiende eeuwse baksteengevel, maar volledig gebouwd van monolithische glazen ‘stenen’. De bijna volledig glazen gevel bootst het oorspronkelijke ontwerp exact na, tot aan de gelaagdheid van de stenen en de details van de kozijnen. De glazen stenen van de gevel lossen op een bepaalde hoogte op - of beter:

gaan geleidelijk over in een traditionele terracotta bakstenen gevel. Het concept werd in opdracht van investeringsmaatschappij Warenar bedacht door MVRDV, als onderdeel van een team bestaande uit Gietermans & Van Dijk Architecten, Technische Universiteit Delft, Brouwer & Kok ingenieurs, ABT Raadgevende Ingenieurs, Poesia (merk van het Italiaanse Vetreria Resanese) en aannemer Wessels Zeist.

Ondanks het delicate uiterlijk, bewezen de krachttesten van de TUD uiteindelijk dat de glasconstructie in veel opzichten sterker was dan beton. De volledige glazen architraaf bijvoorbeeld, kan een kracht van maximaal 42.000 Newton weerstaan. Volgens de website van MVRDV geeft de ontwikkeling van deze nieuwe bouwmethode interessante mogelijkheden voor toekomstige gebouwen. Daarbij moet worden gedacht aan esthetiek, aan de typische materiaaleigenschappen van glas, maar ook aan minimalisering van afvalstoffen. Alle glascomponenten zijn volledig recyclebaar. De winkel is momenteel betrokken door de Franse modehuis Chanel. Bron: MVRDV>

Video

6 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016


BERICHTEN

Glow in the dark cement

Een Mexicaanse wetenschapper - dr. José Carlos Rubio, van Michoacan’s University Mexico’s van San Nicolas Hidalgo (MSNH) - heeft een cement ontwikkeld dat overdag zonne-energie absorbeert en ’s nachts licht uitzendt, twaalf uur lang. Het materiaal - gepatenteerd door MSNH - maakt het mogelijk om glow in the dark wegen, gebouwen

en kunstwerken te maken en zodoende de kosten van straatverlichting te beperken. Terwijl de meeste fluorescente materialen zijn opgebouwd uit polymeren en volgens Rubio onder de invloed van ultraviolette straling een gemiddelde levensduur hebben van drie jaar, is het nieuwe cement volgens de Mexicaan UVbestendig en gaat 100 jaar mee.

Het onderzoek is momenteel in de commercialiseringsfase. Verder onderzoek richt zich op de ontwikkeling van glow in the dark gips en andere producten voor de bouw. www.alphagalileo.org

DAT WE EEN

RIVIER DE RUIMTE

KUNNEN GEVEN, DAT WETEN WE WEL.

ij? j n a k t a w Maar Als je veel kan, wil je een werkgever die past bij jouw ambities. Maak je ambities waar en werk in een hecht team van professionals aan projecten om trots op te zijn. Kijk voor vacatures op maarwatkanjij.nl.

7 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016


BERICHTEN

Lichtbeton concertgebouw Blaibach

In het Duitse dorpje Blaibach is een bijzondere concertzaal van onbehandeld, schoonbeton gebouwd. De akoestiek was leidend voor het ontwerp en de materiaalkeuze. Wanden en vloeren lijken gevouwen als origami. Het beeld wordt gedomineerd door brede, elkaar overlappende stroken beton. Een speciaal type

beton met verbeterde akoestische eigenschappen is voor dit project ontwikkeld. Er zijn korrels foamglas in het materiaal verwerkt, afkomstig van gerecyclede flessen. Het zogenaamde lichtbeton is zodanig samengesteld, dat de hoge tonen door het harde betonoppervlak worden gereflecteerd en de middelhoge

tonen door de poreuze open structuur van dit toeslagmateriaal juist worden geabsorbeerd. Lees het hele artikel in Tektoniek> Meer over lichtbeton>

Ultrabestendige compound voor maritieme toepassingen Volgens de Amerikaanse wetgeving moeten schepen en drijvende installaties die zich in Amerikaanse wateren bevinden, oliën en smeermiddelen gebruiken die biologisch afbreekbaar zijn. Deze milieuvriendelijke smeermiddelen, Environmental Acceptable Lubricants, zijn niet giftig en niet-bioaccumulatief en sinds 2013 verplicht in alle toepassingen op het raakvlak van olie met zeewater, zoals bijvoorbeeld schroefasafdichtingen en roerassen. Echter, componenten van de olie kunnen de elastomeren aantasten, waardoor lekkage kan optreden. ERIKS heeft nu rubber compounds ontwikkeld die zich in alle tests uitstekend staande houden tegen deze nieuwe generatie milieuvriendelijke smeermiddelen. Door de specifieke samenstelling zijn de elastomeren volgens ERICS ook bestand tegen conventionele oliën en smeermiddelen. De twee nieuw ontwikkelde FKM-compounds zijn inmiddels aan langdurige tests onderworpen en geschikt bevonden voor gebruik met alle getoetste oliën. Deze lange-duur-tests zijn volgens ERIKS nodig omdat veel rubbersoorten pas na 700 uur een duidelijke afname van afdichtende eigenschappen laten zien. Meer informatie (brochure)>

8 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016


BERICHTEN

Meijs DenimX Motorman

Circulair spijkerbroekcomposiet Na vier jaar onderzoek heeft industrieel ontwerper Marc Meijers een methode gevonden om afgedankte en teveel geproduceerde jeans circulair te verwerken tot hoogwaardige lifestyle producten. Met het door hem ontwikkelde proces (onder de naam DenimX) worden jeans­vezels met een biobased kunststof vermengd. Daar worden platen uit geperst die kunnen worden gevormd tot drie-dimensionale producten. Het proces is ontwikkeld om in grotere volumes te produceren. Het materiaal werd officieel gepresenteerd tijdens de vakbeurs Materials, eind april in Veldhoven.

DenimX maakt uit dit ‘restafval’ nieuwe producten met toegevoegde waarde. De samenstelling en afwerking van DenimX kan worden bepaald aan de hand van specifieke klantwensen. Dit maakt het mogelijk voor DenimX om aan de esthetische en technische eisen te. Per gewenste toepassing kan de dikte, stijf-

heid, sterkte, hardheid en het gewicht worden aangepast. De individuele vezels zijn zichtbaar in het product waardoor de visuele kwaliteiten volgens de be­ denkers van het proces van de jeansvezel behouden blijven. Website DENIMX>

In Nederland wordt op jaarbasis 90 miljoen kilo overbodig textiel ingezameld. Daarvan wordt 93 procent verkocht. Restfracties worden tot op heden gestort of verbrand. Wereldwijd vormt textiel 5 procent van de afvalberg. De hoeveelheid recyclebaar katoen bestaat in Nederland uit 31 miljoen kilo. Voortkomend uit inzamelbakken (niet geschikt voor hergebruik), huishoudelijk afval, overstock (fashion industrie) en bedrijfskledingindustrie. DenimX op de beurs Materials, op 20 en 21 april 2016 in Veldhoven

9 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016


BERICHTEN

Thermovormen met de computer Onderzoekers van ETH Zurich en Disney Research Zurich ontwikkelden een nieuwe productietechniek onder de naam computational thermoforming. Het gaat om een methode, een combinatie van nieuwe software een en een thermovormproces, waarmee snel en kosteneffectief hoogwaardige, complexe producten kunnen worden gemaakt, zelfs met gekleurde oppervlakten. Thermovormen is een bekende, veelgebruikte productietechniek waarbij materiaal eerst wordt verwarmd waarna het plastisch wordt vervormd. Het is een proces om van vlakke platen gevormde producten te maken. De basis van de nieuwe techniek van ETH Zurich is een computersimulatie van het thermovormproces. De simulatiesoftware werd ontwikkeld door promovendus Christian Schüller van het Interactive Geometry Lab onder leiding van professor Olga Sorkine-Hornung. De simulatesoftware berekent een afbeelding van de gekleurde oppervlakte van een digitaal 3D-model, wat dan op een kunststof plaat wordt geprint. Tijdens het thermovormproces wordt de plaat verwarmd en met een mal in een drie dimensionale vorm geperst. De truc zit er in dat van te voren de vervorming van de

afbeelding precies zo is berekend, dat de kleuren en patronen geometrisch exact daar op de 3D-vorm terecht komen, waar ze waren bedoeld. De onderzoekers testten hun techniek met een aantal complexe objecten, waaronder een Chinees masker en verschillende componenten en producten,

Video

zoals een modelautootje en voedselreplica’s. De wetenschappers van ETH Zurich verwachten dat de nieuwe methode vooral interessant zal zijn voor het vervaardigen van prototypes. Ook voor architecten en ontwerpers zou het een handige techniek zijn om snel en goedkoop een 3Dmodel te kunnen maken. Het Zwitserse team zal haar onderzoek presenteren tijdens de 43rd International Conference and Exhibition on Computer Graphics and Interactive Techniques in Anaheim, Californië, op 24-28 juli. Meer op de website van ETH>

10 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016


BERICHTEN

DISCOVER: onderzoek naar milieuvriendelijke dakbedekking Wageningen UR Food & Biobased Research werkt aan een duurzaam alternatief voor conventionele dakbedekkingen, zoals bitumineuze of synthetische dakbedekking. Het doel is een 100 procent biobased, milieuvriendelijk alternatief te ontwikkelen dat zowel op kwaliteit als op kosten kan concurreren met bestaande dakbedekkingsproducten. Het zogenaamde ‘DISCOVER’-project (‘Development of Innovative Sustainable COVEring materials for Roofing) is een samenwerkingsverband van Wageningen UR Food & Biobased Research met dakbedekkingsproducent Icopal en Stichting Daklabel.

Duurzaam alternatief

Bitumen en ook PVC worden veel gebruikt als basis voor dakbedekkingsproducten. Begrijpelijk, want het levert kwalitatief uitstekende producten op die lang mee gaan. De keerzijde is dat bitumen en ook PVC uit aardolie worden gemaakt, net als veel andere materialen die in dakbedekkingsproducten verwerkt zijn. De productie zorgt voor relatief veel CO2-uitstoot. Daar komt bij dat er op termijn een tekort aan bitumen wordt verwacht. Er is dus behoefte aan een duurzaam alternatief.

Vervangbaar

Volgens Wageningen zijn de petrochemische componenten in dakbedekking echter allemaal te vervangen door biobased alternatieven. Het grootste technische obstakel is dat biomassa minder waterbestendig en reactiever is dan bitumen. Met het onderzoek willen de wetenschappers te weten komen hoe dit probleem kan worden opgelost.

Recept

Voor het project worden verschillende mogelijke biobased substituten voor bitumen en polymeren, zoals residuen van de landbouw en de papierindustrie, als uitgangspunt genomen. Van de diverse

natuurlijke ingrediënten worden het milieueffect en de invloed op belangrijke producteisen zoals waterdichtheid, verwerkbaarheid en sterkte vastgesteld. Een vergelijking van verschillende samenstellingen moet uiteindelijk leiden tot een recept dat de beste prestaties levert en kan worden geproduceerd tegen de laagste kosten en zonder negatieve gevolgen voor het milieu. Hiertoe zal een LCA worden opgesteld. De uitdaging is om een dakbedekking te ontwikkelen zonder de huidige productie- en toepassingsmethoden te wijzigen. Uiteindelijk komt een prototype van een biobased dakbaan tot stand die uitgebreid zal worden getest op een nader te bepalen demonstratiedak. Het eindproduct geeft dakdekkers een duurzaam alternatief voor bitumineuze dakbedekking en geeft dakdekkers een voordeel in projecten waar duurzaamheid wordt verlangd.

een grootschalig onderzoeksprogramma: Biobased Performance Materials (BPM). Doel van dit programma is hoogwaardige materialen op basis van biomassa te ontwikkelen. Die worden op steeds grotere schaal toegepast in de praktijk. Het onderzoek richt zich op twee soorten polymere materialen: polymeren die planten zelf maken en polymeren uit biobased bouwstenen die via biotechnologie of chemische katalyse worden gemaakt. Het BPM-programma wordt mede gefinancierd vanuit de Topsector Chemie en staat onder leiding van Wageningen UR Food & Biobased Research. Meer bij de WUR> DISCOVER op www.icopal.nl> Zie ook het Lignine Platform WUR>

Biobased materials

Het DISCOVER-project is onderdeel van

11 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016


INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016

Onderzoek technische duurzaamheid

Vlasvezelversterkt kunststof brugdek In Emmen heeft Wildlife adventure park een beweegbare brug laten maken van vlasvezelcomposiet. Hogeschool Windesheim heeft voor dit project de conversiefactoren, de vermoeiingssterkte en de maatregelen tegen aantasting onderzocht. Dit is gebeurd aan de hand van literatuuronderzoek (vermoeiing) en waar nodig aangevuld met experimenteel onderzoek (temperatuur en vocht). Het brugdek heeft een overspanning van 5,0 meter en een breedte van 4,0 meter. Er is gekozen voor vlasvezelversterking in de draagconstructie omdat deze een veel lagere dichtheid heeft dan glasvezel en het brugdek geen contragewicht heeft. Daarnaast is het bijna net zo stijf als glasvezel en doorbuiging bij brugdekken is veelal maatgevend. Het zou bovendien een lagere milieu-impact hebben dan glasvezel en vlasvezelcomposiet is geheel thermisch recyclebaar. Om dit nieuwe type draagconstructie te kunnen ontwerpen was er naast mechanische eigenschappen behoefte aan parameters voor technische duurzaamheid en vergelijking van milieu- impact.

12 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016

Vezelversterkt kunststof is een composiet van vezels en hars. De vezels zorgen voor sterkte (s) en stijfheid (E). De hars zorgt voor samenwerking en bescherming van de vezels en voor een vormvaste constructie. Bij staal worden sterkte en stijfheid bepaald bij kameromstandigheden (20 °C, RV = 50 %) en blijven hetzelfde bij andere klimatologische omstandigheden. Bij staal is er geen beïnvloeding tussen kort- en langdurige belasting (lange duursterkte en kruip), en geen beïnvloeding van de E-modulus van cyclische belasting (vermoeiing-E). Bij glasvezelversterkt kunststof (GVVK) hebben deze omstandigheden wel in­ vloed. De correctiefactoren die daarvoor in richtlijnen worden gebruikt heten

conversiefactoren. Daarnaast kan vermoeiing ten aanzien van sterkte van belang zijn. Naast dat op de lange duur de mechanische eigenschappen (σ en E) kleiner kunnen worden, kan ook het oppervlakte (A) worden aangetast. Bij staal is de belangrijkste oorzaak daarvan corrosie, bij vlasvezelversterkte kunststoffen (VVVK) verrotting. Windesheim heeft voor dit project de conversiefactoren, de vermoeiingssterk­ te en de maatregelen tegen aantasting van VVVK onderzocht. Dit is onderzocht met literatuuronderzoek (vermoeiing), waar nodig aangevuld met experimen­ teel onderzoek (temperatuur en vocht).


INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016

Conversiefactoren

In tabel 1 zijn de afgeleide projectconversiefactoren weergegeven voor uni-directionele (UD) vlasvezels in een composiet met niet geconditioneerde en niet chemisch behandelde vlasvezels (AmpliTex 5009) en een vinylester (VE, Atlac 430) uitgehard met een kobaltvrije versneller (Nouryact CF 12 N). Niet voorgedroogd en niet chemisch behandeld omwille van productie- respectievelijk milieuvriendelijkheid. Brugdekken worden doorgaans gemaakt met UD-vezels in de vorm van legsels in meerdere richtingen omdat legsels minder kruip hebben dan weefsels en random georiënteerde vezels in matten. Bovendien zijn UD-composieten stijver en kennen een grotere rek bij breuk.

Tabel 1 UD-conversiefactoren voor eerste VVVK-project, bepaald met versnelde testen voor invloed vocht

Verdere onthechting door vocht Uit literatuur volgt dat bij meermalig, langdurige, volledig wisselende natdroog omstandigheden de aanhechting tussen vlasvezels en kunststofmatrix bijna volledig teniet kan worden gedaan. Vrije vlasvezels worden tot meer dan 20 % zwaarder door vocht wanneer deze in een omgeving van relatieve vochtigheid (RV) 0 % naar 100 % wor-

den gebracht. De vezels zetten daarbij uit. Een kunststofmatrix is niet geheel waterdicht, maar remt vochttransport aanzienlijk, waardoor vezels in een kunststofmatrix op den duur ook willen uitzetten. Cyclisch uitzetten en krimpen vermin­dert dan de aanhechting (zie figuur 1). Daarnaast kan schade optreden door opvriezen na vochtopname. Zonder coa­ting zullen vochtgehaltes aan

Vochtproeven

Voor de vochtproeven was de testprocedure als volgt. De monsters hadden afmetingen van 75 x 15 x 3,5mm, geen oppervlaktecoating, maar wel coating aan de zijkanten. Drie droge monsters zijn beproefd door middel van een driepuntbuigproef met een overspanning van 50 mm. Drie andere zijn in een klimaatkast met RV = 80 % en T = 20 °C gelegd. Nadat het gewicht niet meer wijzigde (bereiken van evenwichtsvochtgehalte over gehele dikte), zijn ook deze monsters beproefd. Het bereiken van het evenwichtsvochtgehalte duurde enkele maanden bij deze temperatuur en dikte. Daaruit is de conversiefactor voor vocht bepaald. Gelijksoortige proeven zijn verricht met onderwater en ovendroge monsters bij diverse temperaturen. Verder zijn er ook proefstukken gemaakt met een experimentele styreenvrije hars.

13 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016


INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016 handeling van vlasvezels waarbij alle micro-organismen in de kiem worden gesmoord. Een specifieke stoombehandeling (Duralin) maakt vlasvezelcomposiet bovendien iets sterker, stijver en minder vocht absorberend. Een voorstelbaar alternatief is wederom een materiaaltoeslag die niet wordt meegerekend, hiervoor is echter eerst langdurig onderzoek nodig hoe diep deze degradatie in de tijd reikt.

Conclusies en adviezen

Op basis van de prille ervaringen met dit pioniersproject worden onderstaande eerste conclusies, adviezen en aanbe­ velingen gegeven. Geconcludeerd wordt dat VVVK draagconstructies:

Figuur 1 Effect van water op vezel-matrix interface

- in constant vochtige omstandighet oppervlakte wisselen, hoe snel en hoe ver dit naar binnen doorwerkt in VVVK’s moet nader worden onderzocht. Geadviseerd wordt vooralsnog de vari­ atie van relatieve vochtigheid binnen de gehele constructie zo gedempt mogelijk te houden. Dit kan bij buitentoepassing - zoals bruggen - door rondom een coa­ ting of slijtlaag toe te passen. Een mogelijk alternatief is een materiaaltoeslag die niet wordt meegerekend, hiervoor is echter eerst langdurig onderzoek nodig hoe diep de onthechting in de tijd reikt.

Vermoeiingssterkte

De statische sterkte (σ) voor VVVK is lager dan die van GVVK. De vermoeiingssterkte (Δσ) wordt doorgaans uitgezet tegen het logaritmisch weergegeven aantal wisselingen tot breuk (N). Het is conservatief om de helling van Δσ  N curve voor VVVK evenwijdig aan te houden aan die voor GVVK. Omdat de vermoeiingscurve begint met de statische sterkte voor N = 1, betekent dit dat de vermoeiingssterktes van VVVK navenant lager zijn dan die van GVVK.

Maatregelen tegen aantasting-

Degradatie door UV-straling, slijtage en chemicaliën zijn bij VVVK bruggen niet wezenlijk anders dan bij GVVK. Het type vezels doet er niet toe, omdat ze beschermd worden door de matrix, en extra be­schermd worden door een coating.

14 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016

Degradatie door micro-organismen (zoals bacteriën, schimmels) in vochtige omstandigheden is het onderscheidende degradatiemechanisme voor VVVK. Bij verrotting is de beschikbaarheid van micro-organismen, zuurstof, vocht en onder andere stikstof van belang. Een effectieve oplossing is een stoombe-

heden (RV = 80 %) beperkt aan sterkte en stijfheid hoeven te verliezen;

- in blijvend contact met water

(onder water) veel sterkte en stijfheid kunnen verliezen, veel meer dan GVVK.


INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016

Geadviseerd wordt dat VVVK draagconstructies:

- worden samengesteld met

UD-legsels (geen weefsels of matten);

- worden gemaakt met een te selecteren of te ontwikkelen hars die een goede hechting heeft met ongedroogde vlasvezels, zoals de beproefde VE-hars;

- in vochtige omstandigheden

worden voorzien van stoom behandelde vlasvezels om micro-organismen in de kiem te smoren, worden gecoat en dat deze coating in stand wordt gehouden.

Aanbevolen wordt om aanvullend onderzoek te doen naar:

- de diepte waarin achteruit-

gang in ongecoat VVVK reikt in langdurige, klimatologische fluctuaties samengesteld uit al dan niet met stoom voorbehandelde vlasvezels;

- de eerste VVVK brug met be-

hulp van monitoring (onder andere coating en intern vochtgehalte);

- de ontwikkeling van een vlas-

harscombinatie die onder water goed blijft hechten;

- de lange duur sterkte en kruip

van VVVK (voor deze lichte brug niet van belang).

Veiligheidshalve zijn bij de brug in Emmen naast de benodigde vlasvezels ook glasvezels toegepast. Bij een nieuwe type draagconstructie wil de fabrikant immers eventuele risico’s mijden. Door de provincie Friesland wordt inmiddels een bio-composiet fietsbrug voorbereid, waarbij het Lectoraat Kunststoftechnologie eveneens is betrokken.

Auteurs: Ir. P.G.F. Bosman, docent civiele techniek, onderzoeker Lectoraat Kunststoftechnologie (LKT) Windesheim; drs. R. Verleg, manager Research and Develop­ment DSM Composite Resins; ing. P. Schreuder; junior onderzoeker LKT Windesheim

Lectoraat Kunststoftechnologie Het lectoraat Kunststoftechnologie van de Hogeschool Windesheim heeft hybride ontwerpen, duurzaamheid en composiet toepassing­en als enkele van haar speerpunten vastgesteld. Er wordt samen met (regionale) bedrijven en studenten praktijkgericht onderzoek verricht, dat mogelijk tot innovaties leidt en dat ten goede moet komen van het onderwijs in bredere zin. Dit project vormt daar een voorbeeld van. Met dank aan Alyansis (DSM) resins Zwolle, CTC Hengelo, Machine-fabriek Emmen en Hogeschool Stenden voor de prettige samenwerking binnen dit onderzoek. Voor dit project is gebruik gemaakt van onderzoeksubsidie in het kader van het topsectorenbeleid: dit onderzoek heeft plaats kunnen vinden door GreenPac, een initiatief van Stenden en Windesheim voor onderzoek op het gebied van polymeer toepassingen in Noord-Oost Nederland.

15 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016


INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016

Translucent, luchtzuiverend beton Vorig jaar presenteerde de Rotterdamse kunstenaar Jan Eric Visser een nieuw buitenproject, Ruins of Desire, bij Landgoed Anningahof. De sokkels van de beelden zijn gemaakt van een nieuw type beton, ontwikkeld door de TU Eindhoven. In dit nieuwe materiaal zijn de basisgrondstoffen zand en grind volledig vervangen door afvalmaterialen zoals glas. Daarnaast bevat het een mineraal dat onder invloed van UV-licht luchtvervuilende stoffen afbreekt. Zo breekt het onder meer fijnstof af en remt het de groei van aanslag op beton. Dankzij de glasdeeltjes wordt deze zuiverende werking met 40 procent versterkt.

Beton is een van de meest gebruikte materialen in de bouw. De belangrijkste redenen daarvoor zijn de lage prijs, hoge mechanische sterkte, lange levensduur en de goede verwerkbaarheid (on-site storten of prefab). Helaas heeft conventioneel beton ook nadelen in termen van CO2-emissie en grondstof-efficiĂŤntie. Om beton duurzamer te maken, kunnen vulstoffen (geheel of gedeeltelijk) worden vervangen door duurzamere alternatieven, zoals glasafval. Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven, hebben glasafval verwerkt in zelfverdichtende betonmengsels, ter

16 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016

vervanging van conventionele vulstoffen en aggregaten. De SCC-mengsels werden gemaakt op basis van een speciaal ontwikkeld optimalisatiealgoritme, om optimale eigenschappen te bereiken in zowel vloeibare als uitgeharde toestand. Ook werd er een fotokatalysator aan het mengsel toegevoegd om het materiaal zelfreinigend te maken, waarbij NOx fotokatalytisch wordt afgebroken. Het onderzoek werd de afgelopen jaren uitgevoerd door studenten Bart van Lieshout, en medewerkers Dr. Dipl.-Eng. Przemek Spiesz, Dr. Qingliang Yu MSc., MSc. Xu Gao en prof.dr.ir Jos Brouwers,

Technische Universiteit Eindhoven, faculteit Bouwkunde, afdeling Bouwfysica en Services.

ASR

In beton kunnen schadelijke processen optreden, zoals alkali-silica reactie (ASR) waarbij een expansief gel wordt gevormd, die het beton naar verloop van tijd van binnenuit kapot drukt. Hoewel er inmiddels uitgebreid onderzoek is verricht naar het ASR-fenomeen, is nog niet helemaal duidelijk hoe die reactie plaatsvindt. De meest gangbare aanname met betrekking tot het ASR-mechanisme is


INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016 dat er een reactie optreedt tussen twee alkalien uit het cement (Na2O en K2O) met siliciumdioxide afkomstig van de vulstof. Als resultaat ontstaat er een gel van alkalisch silicaat. Deze gel bindt water en kan daardoor opzwellen tot twee keer zijn oorspronkelijke volume. Deze reactie treedt alleen op als er genoeg Na2O en K2O voorhanden is en er water aanwezig is. Inzicht in de reactiviteit van de mengsels en materialen is belangrijk, omdat het opzwellen van de gevormde gel later het beton kapot kan maken. Verschillende eigenschappen van materialen in beton hebben een effect op de ASR-reactiviteit. Bij glas zit dat bijvoorbeeld in de deeltjesafmeting en chemische samenstelling. Voor verpakkingsglasafval, kunnen verschillen in reactiviteit ASR worden toegeschreven aan verschillende kleuren van het glas, dat wil zeggen de verschillende chemische samenstelling. Daarnaast speelt bij de reactiviteit van glas ook de deel-

tjesgrootte een rol. Zo blijkt dat grotere deeltjes een hogere reactiviteit (verslechtering van de betonkwaliteit) opleveren dan kleinere deeltjes. Wanneer deeltjes kleiner dan mesh # 50 (ASTM) worden gebruikt, blijken de mengsels juist een zeer lage reactiviteit te vertonen. Over het algemeen is de ASRreactie erg traag. Het kan jaren duren. Als reactieve fijne materialen (bijvoorbeeld glaspoeder) worden toegevoegd, is daarmee een groot reactief oppervlak beschikbaar. Hoe groter de reactiezone, hoe sneller de reactie plaatsvindt. Als voldoende fijn materiaal beschikbaar is, kan de ASR-reactie al zijn voltooid voordat het hardingsproces is afgerond. Op die manier kan lange-termijn uitzetting door de ASR worden voorkomen.

Zelfreinigend

Door fotokatalytische oxidatie met TiO2 als katalysator, en geactiveerd met UV- licht, kan beton een zelfreinigend

Jan Eric Visser, Zonder Titel 2015, IP 1, Translucent beton, Aquadyne en gevonden tropisch hardhout,105 x 34 x 28 cm. foto: W. Vermaase

materiaal worden. Als het juiste type TiO2 wordt gebruikt kan beton worden gebruikt als actief luchtzuiverend materiaal, zowel buiten (geactiveerd door UV-licht) als binnen (geactiveerd door zichtbaar licht). Het idee was dat door glas toe te passen, meer licht de TiO2deeltjes bereikt, waardoor de fotokatalytische reactie beter verloopt. Ook dat is door de TUE onderzocht.

Resultaten

Verschillende mengsels zijn getest op sterkte, op de alkali-silica reactie (ASR), doorschijnendheid en fotokatalytische oxidatie. De resultaten tonen volgens de onderzoekers aan dat de sterkte van SCC/glas-mengsels, in vergelijking met een standaardmengsel, iets lager is, maar nog altijd zeer geschikt voor constructieve toepassingen. Met betrekking tot ASR-testresultaten werd vastgesteld dat mengsels met glas als vulstoffen zeer reactief is, maar toepassing van het

Jan Eric Visser, Zonder Titel (Ruins of Desire I) 2015, Translucent beton en Aquadyne, 100 x 24 x 22 cm. foto: W. Vermaase

17 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016


INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016

Translucent beton

glaspoeder kan ASR onderdrukken. Als het gaat om de fotokatalytische afbraak van stikstofoxide blijkt dat NOx-afbraak tot 40 procent kan worden verbeterd in vergeleken met de referentiemonsters zonder glasdeeltjes. Ten slotte is aangetoond dat de doorschijnendheid van het product esthetisch aantrekkelijk kan zijn.

Toepassing

Het innovatieve beton is inmiddels voor het eerst toegepast en getoond door kunstenaar Jan Eric Visser. Hij gebruikte de standaard testmal van de universiteit om een sokkel te gieten die de overgang van testlab naar maatschappij markeert.

18 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016

De sculptuur in dit project is gemaakt van Aquadyne, een innovatief materiaal van 100 procent afvalplastics. Macro- en microporiën maken wortelhechting van planten mogelijk. Zelfs groenten kunnen er op worden verbouwd. De kunstenaar vond deze productieresten in de fabriek in Yorkshire County en bewerkte die. Beide materialen belichamen volgens de kunstenaar een nieuwe verbinding tussen afval en schoonheid. De schoonheid van een postindustriële toekomst waarin waardevolle grondstoffen worden gekoesterd en niet langer als ‘afval’ worden verbrand. Ruins of Desire kan volgens Visser zowel worden gezien als een pleidooi voor een nieuwe verbinding tussen

mens en materie, als ook de artistieke verzoening van concept en materie. Dit artikel is gebaseerd op de publicatie ‘Application of waste glass in translucent and photocatalytic concrete’: Van Lieshout, B.; Spiesz, P.; Brouwers, H.J.H., and Utilization of waste glass in translucent and photocatalytic concrete’’: Rouvas, S.,Spiesz, P.; Brouwers, H.J.H. Meer over Jan Eric Visser op www.janericvisser.nl>


INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016

Primeur met geopolymeerbeton:

Betonkano zonder cement Eind mei werd in Arnhem de jaarlijkse, traditionele betonkanorace gehouden, dit jaar gewonnen door het team van Leipzig. Opvallend was de betonkano van de TU Delft, die twee prijzen in de wacht sleepte. De kano van het team woog 250 kilo en was daarmee de zwaarste kano van het jaar. Daarnaast won het team de prijs voor de meest duurzame kano vanwege het bijzondere materiaal; de eerste kano van geopolymeerbeton.

Geopolymeerbeton is een materiaal met betonachtige eigenschappen. In plaats van het traditionele Ordinary Portland Cement (OPC) worden er in geopolymeerbeton afvalstoffen gebruikt uit de industrie als bindmiddel. Dit maakt het materiaal een duurzaam alternatief voor traditioneel beton. Om OPC te produceren moeten grondstoffen lange tijd verhit worden op hoge temperatuur. Deze processen verbruiken zowel veel energie als natuurlijke bronnen. Bij geopolymeerbeton wordt dit OPC-bindmiddel vervangen voor een mengsel van alkaline en afvalstoffen uit de industrie, zoals hoogovenslak en koolvliegas, stoffen dus die toch al ontstaan bij de productie van bijvoorbeeld staal. Er zijn voor geopolymeer beton dus minder grondstoffen nodig, er is minder CO2-uitstoot en afvalstoffen worden hergebruikt om een duurzaam constructiemateriaal te maken. Zo wordt de ecologische voetafdruk verkleind.

19 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016


INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016 Geopolymeerbeton heeft bovendien bijzondere eigenschappen: het werkt bijvoorbeeld isolerend en is beter bestand tegen hitte dan traditioneel beton. Van het materiaal worden soms al brandwerende tegels of muren gemaakt. Aan de TU Delft doen Marija Nedeljković, Ye Guang en Mladena Luković in het Microlab onderzoek naar de mogelijkheden van geopolymeerbeton, met name naar de mogelijkheden om dit duurzame materiaal toe te passen in de bouwwereld. (Het Microlab is gespecialiseerd in fundamenteel onderzoek op het gebied van cement-gebonden systemen, met name beton. Het is onderdeel van de faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen van de TU Delft.) Volgens Ye Guang, associate professor bij het Microlab is conventioneel beton het meest gebruikte constructiemateriaal en lijkt verantwoordelijk voor vijf tot acht procent van de totale uitstoot van CO2. Als geopolymeer wereldwijd gebruikt wordt zou dat dus goed zijn voor het

‘Nog geen grootschalige toepassing Het Cement&BetonCentrum denkt dat geopolymeerbeton op termijn voor bepaalde toepassingen een alternatief zou kunnen bieden voor regulier beton. Maar voordat het materiaal breed kan worden toegepast, moeten er een aantal knelpunten worden opgelost, zo meent het Cement&BetonCentrum.

Nederland is wereldwijd koploper in de toepassing van klinkerarme cementen en de klinkerproductie in Nederland zal over enkele jaren zelfs worden be­ëin­ digd. De betrokkenheid van een aantal leden van het Cement&BetonCentrum bij de ontwikkeling van geopolymeren als alternatief bindmiddel in beton, ziet het Cement&BetonCentrum dan ook als ook een logische vervolgstap. Het Cement&BetonCentrum moedigt in dat verband onderzoek op het gebied

20 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016

van geopolymeerbeton aan en werkt actief mee aan het ontwikkelen van regelgeving voor de toepassing van geopolymeerbeton in niet-constructief beton. Toch verwacht de belangenorgani­satie in de komende jaren nog geen grootschalige toepassing van geopolymeerbeton. Het Cement&BetonCentrum is van mening dat het, uit oogpunt van circulariteit, CO2-reductie, fysieke duurzaamheid, betonkwaliteit en arbeidsomstandigheden, niet wenselijk is dat geopolymeer-

beton grootschalig wordt toegepast, tenminste niet voordat een aantal probleempunten zijn opgelost. 1. De gebruikelijke grondstoffen voor geopolymeerbeton zijn hoogovenslak en vliegas, materialen die nu al volledig worden ingezet in beton en vervangen daarbij één op één portlandcement­ klinker. Grootschalige toepassing van geopolymeerbeton zal resulteren in schaarste en daarmee in een groter aan-


INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016 milieu. Maar daarvoor is nog veel onderzoek nodig. Volgens Mladena Luković is geopolymeerbeton tot dusver vooral gebruikt in niet-dragende toepassingen. De geopolymere kano is eerste poging om een echte constructie van dit materiaal te maken. Om te zorgen dat deze constructie het gewicht mensen zou houden en waterproof is, zijn bovendien vezels toegevoegd aan het betonmengsel. Dit bleek uitstekend te werken: de kano bleek stevig genoeg om mee te racen.

Geen standaarden

Het grootste probleem voor de toepassing is volgens de Delftse onderzoekers dat er nog geen standaarden zijn voor het gebruik van geopolymeer en nog geen regels of richtlijnen voor de constructies die uit dit materiaal gemaakt worden. Ye Guang en zijn geopolymeergroep van het Microlab werken daarom aan een aantal gestandaardiseerde mengverhoudingen en doen ze onderzoek naar de levensduur en eigenschap-

pen van dit materiaal. Mladena Luković van de groep Betonconstructies onderzoekt ondertussen hoe geopolymeer gebruikt kan worden als constructiemateriaal. Het doel daarvan is om aanbevelingen te kunnen doen aan partners uit de industrie zodat er uiteindelijk huizen gebouwd kunnen worden van geopolymeerbeton.

Video

Bron: TU Delft; Foto’s Frank Auperlé

geopolymeerbeton’ deel portlandcementklinker in regulier beton. Door het CO2-profiel van de activatoren zal het netto resultaat van de introductie van geopolymeerbeton dan negatief worden, zo meent het Cement&BetonCentrum. Daarom moet gewaarborgd worden dat de slak en vliegas die worden toegepast in geopolymeerbeton uit bronnen komen die additioneel zijn aan de huidige bronnen voor deze cementen betongrondstoffen. 2. Over de constructieve eigenschappen van geopolymeerbeton en de ontwikkeling daarvan in de tijd is nog veel onzekerheid. Ook over de bescherming van de wapening tegen corrosie in gecarbonateerd geopolymeerbeton zijn er nog de nodige vragen. Daarom adviseert het Cement&BetonCentrum om de toepassing van geopolymeerbeton vooralsnog

te beperken tot betonwaren totdat voor een bredere toepassing de nodige kennis en waarborgen zijn verkregen. 3. De pH van de activatoren en van de geopolymeerbetonspecie is zodanig hoog dat dit volgens het Cement&BetonCentrum gevaarlijk is voor mens en milieu. Zonder de juiste voorzieningen kunnen snel ernstige brandwonden ontstaan. De circulaire toepassing van geopolymeerbetongranulaat in nieuw beton is volgens Cement&BetonCentrum problematisch. Het hoge gehalte aan alkaliën kan bij toepassing in beton op basis van portlandcement in combinatie met reactief toeslagmateriaal tot ASR leiden. Alkali-silica reactie (ASR) is een reactie van componenten in het beton, waarbij een expansief gel wordt gevormd, die

het beton naar verloop van tijd van binnenuit laat scheuren. Geopolymeerbeton kan daarom aan het einde van de levensduur volgens het Cement&BetonCentrum alleen worden toegepast als fundatiemateriaal of als betongranulaat in nieuw geopolymeerbeton. Dit moet worden gewaarborgd om ernstige schades te voorkomen. Tekst: Cement&BetonCentrum Meer op de website van het Cement&BetonCentrum>

21 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016


INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016

Paviljoen van genaaide houten segmenten Het Institut fĂźr Computerbasiertes Entwerfen (ICD) en het Institut fĂźr Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE) hebben in april een nieuw paviljoen opgeleverd, waarmee nieuwe gerobotiseerde textielfabricagetechnieken voor gesegmenteerde houtbouw worden gedemonstreerd. Het paviljoen (ICD/ITKE Research Pavilion 2015-16) is volgens de betrokken onderzoekers de eerste in zijn soort met industrieel genaaide houten elementen op architectonische schaal. De ontwikkeling van de ICD/ITKE Researchpaviljoen bestond uit twee delen: biomimetisch onderzoek naar plaatstructuren van zee-egels en de ontwikkeling van nieuwe gerobotiseerde fabricagemethoden voor het naaien van dunne multiplexlagen. Het project is uitgevoerd door studenten en onderzoekers van een multidisciplinair team van architecten, ingenieurs, biologen en paleontologen. Het onderzoek begon met de analyse van de constructieve morfologie van zee-egels, zanddollars (clypeasteroida) in het bijzonder. Tegelijkertijd werd een fabricagetechniek ontwikkeld voor elastisch gebogen, dubbellaagse segmenten van op maat gelamineerde, genaaide

22 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016


INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016 beukenmultiplex. Juist de introductie van een textiel-verbindingsmethoden in de houtbouw maakt volgens ICD/ITKE extreem lichte houten schaalconstructies mogelijk.

Vezelmateriaal

Eerdere studies naar zee-egels leidden al tot nieuwe bouwkundige principes en de ontwikkeling van nieuwe bouwmethoden voor houten schaalconstructies. In dit project werden de skeletstructuren verder geanalyseerd door ingenieurs van de universiteit van Stuttgart en biologen van de Universiteit van Tübingen. Geconcludeerd werd dat de eigenschappen van deze gesegmenteerde lichtgewicht constructies niet alleen te danken waren aan de positie van de individuele kalkplaten, maar ook te maken hadden met de geometrische morfologie van een gelaagd systeem en differentiatie in het materiaal. Nog belangrijker was dat bij sommige zee-egelsoorten de kalkplaten zijn verbonden met vezelmateriaal. De betrokken onderzoekers veronderstellen dat dit ‘multimateriaal’ een belangrijke rol speelt bij de stabiliteit van het zeeegelskelet tijdens de groei, en bij blootstelling aan krachten van buitenaf. Het paviljoen bestaat uit 151 segmenten die werden geprefabriceerd met behulp van een gerobotiseerd naaiproces. Elk segment bestaat uit drie afzonderlijk gelaagde, beuken multiplex strips. De

Robot aan het werk

diameter varieert van 0,5 tot 1,5 m en de specifieke vorm en materiaalsamenstelling zijn ontworpen om precies te voldoen aan de lokale structurele en geometrische eisen. De speciaal in het project ontwikkelde textiele (genaaide)

verbindingen maken het mogelijk metalen bevestigingsmiddelen achterwege te laten. Het geheel weegt 780 kg, met een oppervlakte van 85 m² en een overspanning van 9,3 meter. Volgens de ICD/ITKE demonstreert het paviljoen hoe de combinatie van biologische principes en de complexe wisselwerking tussen materiaal, vorm en gerobotiseerde fabricagemethodes kan leiden tot nieuwe, innovatieve houtbouwmethoden. De multidisciplinaire aanpak van het onderzoek leidt volgens ICD/ITKE niet alleen tot niet alleen tot een hoogwaardige, materiaal-effectieve, lichtgewicht structuur, maar verruimt ook de tektonische mogelijkheden van hout-architectuur. ITKE Stuttgart>

Video

23 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016


INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016

Vuurvast hout Hout staat sinds mensenheugenis bekend als een populair licht, stevig bouwmateriaal. Maar het staat tegenwoordig ook meer en meer in de belangstelling, omdat het een hernieuwbaar en recycleerbaar materiaal is. Er is wel een nadeel: hout brandt. Tot voor kort was het vanwege brandveiligheid niet toegestaan ​​om woningen en kantoorgebouwen te bouwen met hout van meer dan zes verdiepingen hoog. Wetenschappers van het Zwitserse onderzoeksinstituut EMPA en de Wood Materials Science Group aan de ETH Zürich zeggen nu een manier te hebben ontwikkeld om de brandbaarheid van hout te verminderen. De door het EMPA en ETH-Zürich onderzoeksteam ontwikkelde methode is gebaseerd op het introduceren van calciumcarbonaat in de celstructuur, in wezen het mineraliseren (of beter nog calcineren) van het hout. De truc is vooral om het brandwerende materiaal diep in de houtstructuur te laten indringen. Dat lukte de onderzoekers door het hout eerst onder te dompelen in een zure oplossing met dimethylcarbonaat (DMC) en calciumchloride. Zodra het hout daarmee was geïmpregneerd werd de pH verhoogd met natronloog tot de oplossing basisch werd. Bij een bepaalde pH splitst DMC zich in alcohol en CO2. De laatste

24 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016

Gecalcineerde houtcellen


INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016 reageert dan met de calciumionen in de oplossing tot calciumcarbonaat, dat diep in de celstructuur accumuleert. Volgens Ingo Burgert van de Wood Materials Science Group aan de ETH ZĂźrich, hebben de onderzoekers zich laten inspireren door de ontwikkeling van dergelijke organische-anorganische materialen in de natuur. De evolutie heeft een hele reeks van zogenaamde hybride materialen voortgebracht, zoals schelpen, tanden, parelmoer of bot. Inmiddels heeft het onderzoeksteam verschillende brand tests uitgevoerd en volgens EMPA met veelbelovende resultaten. Door met het ontwikkelde proces kalksteen in de celstructuur af te zetten, bleken de onderzoekers in staat om de brandbaarheid van het hout met ongeveer een derde te verlagen. Behalve de brandwerendheid bleek het gemineraliseerde hout nog meer voordelen te hebben. Zowel hout als calciumcarbonaat bin-

den CO2, wat volgens de onderzoekers interessant is vanuit milieuoogpunt. Bovendien worden in het proces geen schadelijke stoffen toegepast. Het recyclen van het gecalcineerde, hybride hout levert dan ook volgens de onderzoekers geen problemen op. Dit in tegenstelling tot hout dat behandeld is met conventionele, chemische brandvertragers.

Bovendien worden conventionele brandvertragende middelen vaak alleen aan de buitenkant van het hout aangebracht, terwijl bij de methode uit ZĂźrich het brandwerende materiaal diep in het hout is doorgedrongen. Meer op de website van EMPA>

Voeg informatie toe aan de Kennisbank Biobased Bouwen De Biobased Economy speelt een belangrijke rol in de duurzame ontwikkeling van Nederland en biedt nieuwe kansen voor het bedrijfsleven. Via de kennisbank kunt u kennis vergaren en delen over de beschikbaarheid en toepassingsmogelijkheden van biobased materialen, producten en bouwconcepten. Samen versterken we zo de biobased economie. Ruim dertig partijen in de bouwsector ondertekenden de green deal biobased bouwen. Deze producenten, architecten, adviseurs en kennisinstellingen delen hun kennis rond kansrijke mogelijkheden van biobased bouwen. Ook de ministeries van Binnenlandse Zaken (Wonen en Rijksdienst), Economische Zaken, en Infrastructuur en Milieu ondersteunen de green deal. Bouw ook mee aan de biobased economie en voeg uw project- of productbeschrijvingen toe aan deze kennisbank. Kijk op www.biobasedbouwen.nl voor meer informatie>

25 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016


INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016

‘The material formaly known as concrete’ Eind vorig jaar nam de TU Eindhoven een 3D-betonprinter in gebruik, waarmee objecten tot 11 meter lang, 5 meter breed en 4 meter hoog geprint kunnen worden. Voorlopig wordt de installatie gebruikt om onderzoek te doen, research dat moet leiden de eerste betonnen 3Dgeprinte proefhuis van Nederland. Binnen de woning en utiliteitsbouw wordt inmiddels veel verwacht van 3D-printen van beton, en zelfs voor de civieltechnische sector lijken er kansen. Prof. Theo Salet, TU Eindhoven, over de impact van 3D-betonprinten.

‘Dat 3D-printen vooral interessant wordt gevonden in de woning- en utiliteitsbouw, is logisch,’ zegt Theo Salet, projectleider van het 3D-betonprintproject in Eindhoven. ‘Je legt steeds horizontale laagjes neer en dat lijkt nu eenmaal meer op een muur dan op een brug. Het heeft er op het eerste gezicht de schijn van dat zulke technieken vooral voor verticale structuren toepasbaar zijn. Voor horizontale kunstwerken print je eigenlijk de verkeerde kant op voor dit

26 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016

materiaal.’ Aan de andere kant, je hebt voor alle toepassingen geen bekisting nodig en dat geeft veel nieuwe mogelijkheden. Prof. Theo Salet is hoogleraar Material related Structural Design - Concrete Structures aan de TU Eindhoven. Onder zijn verantwoordelijkheid wordt de laatste jaren aan de TU/e onderzoek uitgevoerd naar het 3D-printen van beton, met als recente mijlpaal de komst van een grote 3D-betonprinter. En hoewel de

eerste aandacht uitgaat naar het maken van bouwwerken, ziet Salet meer kansen, ook voor de civiele techniek. Salet: ‘Natuurlijk gaat het ook hier in eerste instantie om verticale elementen, zoals barriers, kademuren of geluidsschermen. Vooral het 3D-printen van kademuren zou heel interessant kunnen zijn omdat je ze constructief perfect op maat kunt maken. Aan de zichtzijde estetisch passend in de omgeving, aan de grondzijde aangepast aan de constructie-


INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016 ve samenwerking met het grondpakket. Maar dan gaat het toch weer over een verticale wand. Willen we verder dan lopen we aan tegen het feit dat geprint beton zich niet eenvoudig (traditioneel) laat wapenen. ‘Ik zie twee oplossingsrichtingen ontstaan. Een waarbij voorspannen van geprinte elementen een rol gaat spelen en een waarbij het materiaal zelf zich gaat ontwikkelen’.

Voorspannen

Een goede mogelijkheid is het voorspannen van prefab geprinte elementen. In feite een bekende techniek. De printer maakt het eenvoudig mogelijk de voorspan kanalen te printen, simpelweg door op die plaatsen geen materiaal neer te leggen. Voor civiele constructies als bruggen of tunnels worden de elementen na het printen dan negentig graden gedraaid. Een alternatief op traditioneel voorspannen is het slim stapelen van elementen in dubbelgekromde vlakken. Door schaalwerking komen in dit type constructies van nature resulterende normaalkrachten voor. Met de printer zijn elementen te vervaardigen in elke gewenste vorm. Zo printen we ook op gekromde oppervlakten. Je krijgt dan een hele andere vormtaal. Esthetisch kan er dan ontzettend veel veranderen. het wordt daarbij nog interessanter als we die vrije vormtaal gaan combineren met een techniek als ‘Topology Optimisation’ waarbij materiaal rekenkundig wordt verwijderd op plaatsen waar het niet nuttig is. Dit leidt tot bijzondere vormen en is bovendien uitermate duurzaam. Constructeurs zijn altijd al bezig met het materiaalgebruik te minimaliseren. Met 3D-printen ontstaan wat dat betreft veel meer mogelijkheden. Ik vind het heel spannend of de architectuur dat ook gaat oppakken. De architect krijgt de kans om de vormtaal van de krachtwerking in het ontwerp tot uiting te brengen; de constructeur kan efficiënter construeren.‘

is niet zo. Maar vezels maken beton wel taai. Dat is fijn, want dan kan het materiaal krachten op blijven nemen na scheurvorming, zoals staal dat doet. Als je beide combineert, vezels en UHSB, krijg je ontzettend veel nieuwe mogelijkheden. Misschien moet je dan niet meteen denken aan hele grote civiele constructies , maar zeker wel aan kleinere.’ We hebben het nu al over ‘the material formaly known as concrete’. Puur materiaalontwikkeling. Beton wordt meer en meer een ‘steenachtig materiaal’ . Dat is ontzettend belangrijk: een ontwikkeling als 3D-printen van beton, prikkelt materiaalinnovatie.

Invloed

De vraag in hoeverre 3D-printen een factor voor de toekomst zal zijn komt volgens Salet eigenlijk te vroeg. ‘Kijk,’ zegt Salet. ‘Een nieuwe techniek als 3D-printen van beton hoeft niet me­ teen voor alles onmiddellijk toepasbaar te zijn. Maar ik zie op niet al te lange termijn zeker kansen in de prefab. De eerste toepassingen zullen zoals gezegd klein zijn. Maar in een volgende fase kun

je gaan denken aan verticale structuren als geluid- en of windschermen. Vervolgens zou de stap gemaakt kunnen worden naar kleine bruggen en tunnels. Zeker is volgens hem wel dat de ontwikkeling op zich weer een belangrijke invloed zal hebben op de ontwikkeling van meer hoogwaardige en duurzame materialen. Maar het is volgens Salet vooral mooi dat de ontwikkeling van 3D-betonprinten hier in Nederland met zoveel verve is opgepakt .‘Echt uniek. Er hebben zich in ons land in korte tijd toch tien bedrijven achter het 3D-printen van beton geschaard, zonder dat er een duidelijk verdienmodel was. Dat geeft drijfkracht, waardoor onderzoek en ontwikkeling hier een enorme vaart heeft gekregen. Het heeft overal ter wereld de belangstelling gewekt, tot Singapore aan toe. Dat is toch prachtig.’ Dit artikel verscheen eerder in de jubileum uitgave van Civiele Techniek, nummer 4, mei 2016. Zie ook Innovatieve Materialen 4 2015

Materiaalinnovatie

Volgens Salet kan het echter ook anders, bijvoorbeeld door het printen met een ander materiaal. Ultrahogesterktebeton bijvoorbeeld. Salet: ‘Met UHSB heb je een surplus aan druksterkte en dat geeft de mogelijkheid dingen te construeren zonder wapening. ‘Ga dat dan ook nog eens combineren met vezels. Er bestaat een misverstand dat vezels een op een wapening kunnen gaan vervangen. Dat

De betonprinter van de TU Eindhoven werd aan het publiek gepresenteerd en gedemonstreerd tijdens bij het symposium ‘3D-betonprinten, Merging Design & Production’ op 22 oktober 2015 in Eindhoven. (Zie Innovatieve Materialen 4 2015). www.tue.nl/3dconcreteprinting

27 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2016


ADVERTORIAL

‘Enabling materials innovation’ Het Materials innovation institute, M2i, biedt sinds begin dit jaar een verbreding van haar diensten aan. De kennisorganisatie combineert haar researchactiviteiten nu met een portfolio van commerciële diensten voor de industrie, universiteiten en onderzoeksinstituten.

M2i wil een spilfunctie voor de Neder­ landse materialengemeenschap innemen. De netwerkorganisatie inventariseert de behoefte aan materiaalonderzoek en -ontwikkeling, deze wordt vastgelegd in de High Tech Materials Roadmap. Daarnaast is M2i een belangrijke partner voor de industrie in het coördineren en uitvoeren van spe­ cifieke researchprojecten op het gebied van materialen en hun toepassingen. Onderzoeksvragen van de industrie worden vertaald naar volwaardige onderzoeksvoorstellen, M2i zoekt de kennispartners uit de industrie en de academische wereld voor het onderzoek, en zorgt voor de financiering van de projecten door middel het samenbrengen van diverse funding-instrumenten en bijdragen uit de industrie.

Pro-actief

De rol van M2i gaat sinds enige tijd verder. Om wetenschappelijk onderzoek om te zetten naar industriële toe­ passingen zet M2i pro-actief grotere samenwerkingsverbanden op. Meerdere industrieën en universiteiten werken dan in zogenaamde Platforms samen om nieuwe toepassingen technologisch en commercieel mogelijk te maken. Composieten, dunne films en 3D-printen zijn voorbeelden van actuele platforms.

Nieuwe kennis in business

Daarnaast speelt M2i concreet een rol in de overdracht van materiaalkennis naar bedrijven en in de implementatie van onderzoeksresultaten, bijvoorbeeld door nieuwe kennis over materiaalgedrag in te brengen in simulatie-software die door bedrijven kan worden toegepast om hun ontwikkelproces te versnellen. Bedrijven besparen zo veel tijd en kosten.

M2i als bemensingspartner

M2i Human Capital is de nieuwe service die de centrale rol van M2i in het materialen ecosysteem compleet maakt. M2i Human Capital werft internationaal talent voor PhD- en PostDoc posities voor materiaalonderzoek aan de Ne­ derlandse Universiteiten. Voor de Ne­ derlandse industrie voert M2i Human Capital werving- en selectieopdrachten uit met een hoog specialistengehalte, de zogenaamde Specialist Search. En tot slot ontwikkelt M2i Human Capital een Professionals Program. Dit programma is erop gericht om buitenlandse, talentvolle jonge PhD’s en MSc’s effectief en productief kennis te laten maken met werken in de Nederlandse Industrie. Zij worden ingezet op onderzoeks-, ontwerp- en engineeringsprojecten. Het uiteindelijke doel is hen een goed carrièreperspectief te bieden zodat de kennis die zij in Nederland ontwikkeld hebben ook voor Nederland behouden blijft.

Materials innovation institute (M2i) ondersteunt bedrijven met materiaalonderzoek en -advies om productontwikkeling mogelijk te maken. Materialen zijn overal en zijn niet weg te denken uit ons dagelijkse leven. We rijden auto of gebruiken onze smart phones, meestal zonder erbij stil te staan dat voor deze producten innovatieve, slimme materialen nodig zijn. Daarbij staan bedrijven voor de uitdaging steeds kosteneffectiever en duurzamer te produceren om internationaal te kunnen blijven concurreren. Materiaalinnovatie speelt een cruciale rol in deze technologische en maatschappelijke ontwikkelingen. Als onafhankelijke netwerkorganisatie voert M2i samen met zo’n 60 industriële en academische partners materiaalonderzoek uit. M2i is de verbindende schakel tussen industrie en kennisinstellingen; identificeert onderzoeksthema’s, definieert integrale programma’s en coördineert de projecten. Momenteel lopen ruim 100 onderzoeken op verschillende universiteiten, zoals materiaalmodellering om gedrag bij bepaalde omstandigheden te analyseren, of experimenteel onderzoek in nieuwe materiaalsamenstellingen. Meer informatie op www.m2i.nl, en rechtstreeks contact via email info@m2i.nl of telefoon 0880351900.


INNOVATIEVE MATERIALEN Het digitale vakblad Innovatieve Materialen is ontstaan uit de vraag van de bouw- en GWW-sector naar informatie over nieuwe en of innovatief toegepaste materialen. Dat komt doordat opdrachtgevers steeds strengere eisen stellen aan materiaalgebruik: duurzaamheid, C2C en carbon footprint. Ook leggen grote, opdrachtgevende partijen meer en meer verantwoordelijkheid bij de markt. Door te kiezen voor slimme, duurzame, innovatieve materialen zien marktpartijen meer mogelijkheden zich te onderscheiden. Innovatieve Materialen wil ze daarbij helpen door als platform vraag en aanbod bij elkaar te brengen. Het idee daarachter is dat de Nederlandse bouwsector tot dusver was ‘verzuild’ op basis van materiaalsoorten. Kennis is vaak georganiseerd binnen materiaalclusters. Dat is jammer, want daardoor worden veel kansen niet benut. Daar kan en wil Innovatieve materialen een rol in spelen. Innovatieve Materialen is inmiddels samenwer­kingsverbanden aangegaan met verschillende partners in de materialensector.

Innovatieve Materialen is een vak­ tijdschrift over ontwikkelingen op het gebied van duurzame, innovatieve materialen en/of de toepassing daarvan in bijzondere constructies.

Uitgeverij SJP Uitgevers

Postbus 861 4200 AW Gorinchem tel. (0183) 66 08 08 e-mail: info@innovatievematerialen.nl

Digitaal

Innovatieve Materialen is een digitaal vakblad, wat logischerwijs de mogelijkheid geeft om meer informatie toe te voegen dan in een conventio­ neel papieren vakblad gebruikelijk is. Vaak wordt er bij de artikelen een koppeling gemaakt met een relevante website, achterliggende informatie, rapporten, videomateriaal en/of eerder verschenen artikelen. (Niet-abonnees hebben beperkt toegang de digitale achterliggende info.)

Abonnementen Een digitaal abonnement in 2016 (6 uitgaven) kost € 25,00 (excl. BTW) www.innovatievematerialen.nl