In Zoutkamp bouwt de provincie Groningen een fiets- en voetgangersbrug over de Reitdiepsluis. Deze brug heeft een lengte van 60 meter is gebouwd in staal. In het midden zit een beweegbaar deel die de monumentale gemetselde Reitdiepsluis overspant. Aan de beide landzijden wordt de verhoogde ligging van het aansluitende vrijliggende fietspad begrensd met keerwanden. Deze keerwanden bestaan uit verankerde stalen damwandschermen voorzien van prefab betonnen hangelementen met metselwerk ervoor langs.
De toepassing van prefab hangelementen in Zoutkamp was een uitstekende gelegenheid om ervaring op te doen met geopolymeerbeton in een lichte constructieve toepassing. De constructieve belasting van de elementen is niet groot, omdat de grondkerende functie beperkt is vanwege de stalen damwanden die erachter zitten. Voordeel is dat de hangelementen prefab vervaardigd kunnen worden onder geconditioneerde omstandigheden. Voor de prefab keerwanden is totaal circa 70 m3 beton benodigd. Dit is een betrekkelijk kleine hoeveelheid, maar gezien de pilot een goed begin om in andere projecten verder uit te bouwen en op een grotere schaal toe te gaan passen.
Geopolymeerbeton
Geopolymeerbeton is een type cementloos beton dat wordt geproduceerd met industriële bijproducten als secundaire grondstof. In dit project wordt het bindmiddel bereid door hoogovenslakken te mengen met een alkalische oplossing bestaande uit natronloog (NaOH) en waterglas (Na₂SiO₃). Wereldwijd is cementproductie verantwoordelijk voor 7% van de door mensen veroorzaakte CO2-emissie. Door cement te vervangen door alkalisch geactiveerde stoffen in beton, wordt een aanzienlijke reductie bereikt van de CO2 uitstoot. De provincie Groningen heeft de ambitie om werken uit te voeren waarbij een reductie van CO2 uitstoot wordt bewerkstelligd in zowel inzet van materieel als in toegepaste materialen. Zo worden er al asfalt gebruikt en fietspaden aangelegd met een lage CO2 uitstoot. Constructief gewapend geopolymeerbeton is nog niet eerder door de provincie uitgevoerd.
Monitoringsprogramma
Om geopolymeerbeton verder te onderzoeken op materiaaleigenschappen en constructief gedrag hebben TNO, RWS en BouwCirculair samen een proeftuin met monitoringsprogramma opgezet. Doel van het monitoringsprogramma is om praktijkervaring op te doen met dit innovatieve materiaal en zo het Technology Readiness Level (TRL) te verhogen van niveau 7 naar 9. Voor de “Proeftuin Geopolymeren in licht-constructief beton” worden in het land 10 projecten gemonitord. Hieruit zijn 4 projecten geselecteerd voor een uitgebreider, vijfjarig monitoringsprogramma om materiaaleigenschappen op korte en langere termijn te onderzoeken. De hangelementen van de keerwanden in Zoutkamp zijn uitgekozen voor het 5-jarige monitoringsprogramma. Hiervoor worden op locatie in Zoutkamp opofferingselementen langs het fietspad en elementen in het water geplaatst. De opofferings-elementen worden aan dezelfde omstandigheden blootgesteld als de constructieve elementen van de keerwanden. Door TNO worden de constructies ter plaatse geïnspecteerd en kernboringen worden in het lab getest gedurende vijf jaar. Om inzicht te krijgen in mogelijke degradatie van het materiaal worden er ook potentiaalmetingen uitgevoerd. Hiervoor zijn meetpunten aan de wapening aangebracht. De resultaten zullen te zijner tijd worden gepubliceerd. SKG-IKOB zal de functionele prestaties beoordelen. Het monitoringsprogramma wordt gefinancierd door RWS en ondersteund door BouwCirculair. De kosten van de extra opofferingselementen komen voor rekening van de provincie Groningen.
Onderzoek mengsels
Het ingenieursbureau van de provincie Groningen heeft vooraf contact gezocht met de Technische Universiteit in Delft en hun gevraagd te helpen met het bepalen van het juiste mengsel volgens de specificaties die gewenst waren voor de toepassing in Zoutkamp. De gevraagde sterkteklasse C45/55 en milieuklasse XC4, XD3, XF4 was uitdagend: een reden om een mengsel te laten ontwerpen en testen in samenwerking met de TU Delft. De hogere milieuklasse was nodig vanwege chloride blootstelling van de deksloven van de keerwanden door strooizout op het fietspad.
De TU Delft ontwikkelde uiteindelijk twee mengsels voor geopolymeerbeton die aan de gestelde eisen voldeden. De mengsels zijn getest op volumestabiliteit, mechanische eigenschappen, carbonatatieweerstand en vorst-dooibestendigheid. Hiervan was vorst-dooibestendigheid de moeilijkste eigenschap om te bereiken. Deze uitdaging werd met succes aangepakt door een kleine hoeveelheid superabsorberend polymeer (SAP) toe te voegen.
De twee geopolymeerbetonmengsels zijn ontworpen met hetzelfde bindmiddel. De enige variabele was het type granulaten: het ene mengsel gebruikte 100% natuurlijke aggregaten, terwijl het andere 30% van de natuurlijke grove aggregaten verving door gerecycleerde betonaggregaten (RCA). Het gebruik van RCA sluit nauw aan bij onze nationale doelstellingen op het gebied van circulaire economie, die gericht zijn op het minimaliseren van het gebruik van primaire grondstoffen en het bevorderen van hoogwaardig hergebruik van bouw- en sloopafval. Er is uiteindelijk gekozen om 100% natuurlijke aggregaten toe te passen met de hoofdreden dat de variabelen in het mengsel beperkt zijn tot de bindmiddelen. Er is voor gekozen om het mengsel zonder gerecycled betongranulaat te gebruiken maar is voor toekomstige werken zeker niet uit te sluiten. De mengsels zijn ontwikkeld en uitgebreid getest door een onderzoeksteam bestaande uit master- en bachelorstudenten – Sakshi Singh, Abdellah Hussein, Isabelle van Heijzen, Aram Sheikho en Tawfik Mnafiky – onder begeleiding van Dr. Boyu Chen en Prof. Dr. Guang Ye. (Faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen, Groep: Modellering van beton- en materiaalgedrag)
Proefstort
In het lab was de verwerkbaarheid lastig te bepalen vanwege de geringe hoeveelheid van het mengsel. Om te ervaren hoe het mengsel bij het verwerken ervan zich gedraagt in de praktijk is in november 2024 een proefstort van enkele m3 uitgevoerd op het terrein van Kijlstra beton in Drachten. De verwerkbaarheid bleek naar tevredenheid te verlopen. De aannemer en het onderzoeksteam van de TU Delft waren aanwezig bij de test en konden de productie, het storten en afwerken op de centrale daarmee volgen. De resultaten van de drukproeven die van het mengsel werden gemaakt zijn vergelijkbaar met de labproeven van TU Delft.
De verwerkingstijd van het gekozen mengsel in geopolymeerbeton (zonder vertragers) is beperkt. Daarom is ervoor gekozen de elementen dicht bij de centrale te vervaardigen. Aannemersbedrijf Friso Civiel B.V. uit Sneek heeft daarvoor tijdelijk een hal nabij Burgum in gebruik genomen zodat binnen een half uur het mengsel getransporteerd en gestort kon worden. Betoncentrale Kijlstra uit Drachten heeft het mengsel onder begeleiding van firma Nieuwton geleverd. Nieuwton heeft hiervoor met een mobiele doseerinstallatie de activators toegediend in de mengtorens bij Kijlstra. De intensieve samenwerking tussen deze partijen blijkt de sleutel tot een succesvolle stort.
Voor het storten van het mengsel in de bekistingen van de hangelementen in Sumar is ervoor gekozen om eerst een test te doen door aantal proefplaten te storten om te ervaren hoe het mengsel zich gedraagt en welke voorbehandeling en nabehandelingen het beste resultaat opleverde.
De tests voor het nabehandelen bestond uit het aanbrengen van verschillende type curing compound, natmaken en afdekken met folie, afdekken met dekzeil en nabehandelen met waterglas. Veelal ontstond door de snelle uitharding in combinatie met een hoge aanvangstemperatuur al snel oppervlakteschade door uitdrogingskrimp. Uiteindelijk is er een type Curing compound gevonden die goed resultaat gaf. Na ontkisten van de proefplaten bleken de betonplex platen aangetast te zijn, de toplaag van kunststof bleek niet bestand tegen de chemisch invloeden van het mengsel. Bekistingsolie die veelal gebaseerd zijn op biologisch afbreekbare olie bleek onvoldoende bescherming te bieden. De betonplexplaten zijn om deze reden vervangen na elke stortgang.
Toekomstperspectief
Het project van de provincie Groningen met de hangelementen fietsbrug Reitdiepsluis laat zien hoe op gecontroleerde wijze opschaling van geopolymeerbeton van ongewapende naar gewapende betonelementen kan plaatsvinden. Dit soort projecten zijn enorm belangrijk voor de kennisopbouw rondom de toepassing van geopolymeerbeton. De totale proeftuin met 10 monitoringsprojecten en 4 projecten met uitgebreidere monitoring op de materiaaleigenschappen levert essentiële informatie ten behoeve van het totaal benodigde onderzoek op het gebied van onder andere levensduur en circulariteit van geopolymeerbeton.