O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eMater ialencement 2002 468C-Fix-composiet-materiaal kan ge-produceerd wor-den in conven-tionele asfaltmeng-installaties. De materiaaleigen-schappen liggen tussen die vancementbeton en asfalt in. Hetmateriaal biedt een uitstekendevloeistofdichtheid en een corro-siebescherming bij gewapendeconstructies.Deze combinaties maakt het com-posietmateriaal geschikt voor veeltoepassingen, zoals bijvoorbeeld:geluidsschermen, dijkbekledings-elementen, straatstenen, tegels,dakpannen, producten voor vloei-stofdichte en zuurresistente vloer-elementen, rioolbuizen en modu-laire weg-, dak- en vloerconstruc-ties.C-Fix-composietmateriaal vormtdoor de brede toepasbaarheid ensterke milieueigenschappen eenbelangrijke aanvulling op be-staande materialen. Ook kan hetde basis vormen voor nieuwe con-structieoplossingen.H e t C - F i x c o n c e p tEnkele jaren geleden ontstondbinnen Shell Global Solutions In-ternational B.V. (een researchbe-drijf van de Koninklijke/ShellGroep) het idee om dit koolstof-rijke aardolieproduct te gaan be-nutten als grondstof voor eennieuwe bouwmateriaal. Intensiefonderzoek heeft inmiddels geleidtot een bewezen technologie,bekend onder de naam C-Fix(Carbon Fixation = KoolstofFixatie). Zij geniet wereldwijdebescherming middels patentenen het C-Fix handelsmerk.K a r a k t e r i s t i e k e nC-Fix bindmiddelen vormen eenbrede klasse van goed gedefi-nieerde verbindingen. Asfalte-nen, complexe koolstofrijke ver-bindingen met een hoog mole-culair gewicht, zijn daarvan eenbelangrijke component. Samen-stelling en gehalte van de asfalte-nen bepalen in belangrijke matede consistentie, het reologischgedrag en de eigenschappen vandeze bindmiddelen. Door de spe-cifieke productiewijze in de raffi-naderij hebben C-Fix bindmidde-len een moleculaire structuur eneigenschappen die sterk verschil-len van bitumen. De combinatievanhogehardheidengoedehech-ting aan steenachtige en anderetoeslagstoffen zoals staal-, hout-en kunststofmaterialen is uniek.C-Fix bindmiddelen zijn thermo-plastisch van karakter: bij hogetemperaturen gedragen ze zichals een vloeistof en bij lage tem-peraturen als een harde, vastestof. Dit gedrag lijkt in eerste in-stantie op dat van asfaltbitumen.Het is, evenals bitumen, eenvisco-elastisch bindmiddel: bijlage temperatuur en/of korte be-lastingstijd gedraagt het zich alseen elastische vaste stof en bijhoge temperaturen en/of langetijd als een visceuze vloeistof.S a m e n s t e l l i n g e np r o d u c t i e v a n K o o l s t o f -b e t o n ( C - F i x c o m p o s i e t )Het gebruik van C-Fix om toe-slagstoffen `aan elkaar te lijmen'levert een composietmateriaal op:koolstofbeton. Bij temperaturenrond 200?C is C-Fix een visceuzevloeistof, waarvan de viscositeitsterk afneemt met toenemendetemperatuur. Dit maakt het mo-gelijk om goed verwerkbare com-posiet mengsels te vervaardigenin bestaande asfaltcentrales.Koolstofbeton is karakteristieksamengesteld uit de volgendecomponenten:Basis voor een nieuwe generatie duurzame bouwmaterialenC-Fixir. T.C. Blanken en dr. H.H. Mooiweer, C-Fix, Shell Global Solutions International B.V ,C-Fix is een nieuw constructiemateriaal dat goede technische eigenschappenpaart aan milieuvoordelen. Het C-Fix-principe berust op binding van mineraletoeslagstoffen. Het nieuwe bindmiddel wordt gemaakt uit aardolie-raffinage-fracties, die momenteel benut worden als stookolie voor zeeschepen en elek-triciteitscentrales. Dit veroorzaakt een relatief grote uitstoot van het broeikas-gas CO2. Benutting als bindmiddel in constructiematerialen kan zorgen vooreen forse vermindering van de CO2- uitstoot.foto's ShellDiverse toepassingen zoals bijvoorbeeld straatstenen.....O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eMater ialencement 2002 4 69? C-Fix bindmiddel;? Fijne en grove toeslagstoffen;bijv. zand en grind;? Vulstoffen zoals vliegas, kalk-steenmeel of rivierslib.Evenalsbijasfalt-encementbetonworden de verwerkbaarheid en ei-genschappen van koolstofbetonin hoge mate bepaald door hetgehalte en type bindmiddel en deaard en gradering van de toeslag-en vulstoffen. Met koolstofbetonkan een grote diversiteit aan be-tonwaren worden geproduceerd.C - F i x b o u w p r o d u c t e nProductieVoor de productie van koolstofbe-ton bouwproducten zijn in prin-cipe de volgende productieme-thoden beschikbaar:? Vrij storten of gieten in eenmal, al dan niet gevolgd doortrillen;? Compactie in een standaardbetonwarenproductiemachine(trillen, persen);? Extruderen (bijv. voor buizen,platen, stoepranden);? Combinatie van spreiden enwalsen (analoog aan asfalt).Een voorbeeld is de productie vanC-Fix prefab betonwaren. In eenbetonwarenfabriekwordthetheteC-Fix composietmengsel gestortof gegoten in mallen, verdicht, uitde mallen verwijderd en eventu-eel met water gekoeld. De pro-ductie van koolstofbeton is veelsneller dan van cementbeton.Koolstofbetonwaren zijn, naenkele uren afkoeling, gereedvoor gebruik; verdere uithardingis overbodig. Verder is de snelleen eenvoudige verdichting opval-lend. Dit biedt goede attractievekansen voor in situ toepassingen.PrestatiesKoolstofbeton eigenschappen kun-nen door de keuze van C-Fix com-posietsamenstellingenC-Fixbind-middel binnen brede grenzenworden ingesteld en geoptimali-seerd. De gegevens in dit artikelzijn daarom alleen indicatief. Inveel gevallen is aanzienlijke opti-malisatie mogelijk.Enkele karakteristieke eigen-schappen zijn:* Kruip/relaxatieDe weerstand tegen kruip onderlangdurige statische belasting isvoor standaard koolstofbeton be-grensd, maar aanzienlijk beterdan die van asfalt. Naar het kruip-gedrag wordt nader onderzoekgedaan. Inmiddels is reeds geble-ken dat gebruik van geselecteerdevulstoffen de kruip van koolstof-beton sterk kan verminderen.Kruip kan de toepassing van kool-stofbeton in dragende construc-tiesbelemmeren.Niettemingeefthet interessante mogelijkhedenom rek en spanningen in con-structies op te vangen zonder datde constructie bezwijkt. Tedenken valt bijvoorbeeld aan be-lastingen voorkomend uit grond-zettingen, water kerende con-structies of trillingen.* StootweerstandHet plastisch/elastisch karaktervan koolstofbetonproductenkomt ook tot uiting in zeergunstig gedrag onder stootbelas-tingen,. Dit kan voordelen biedentijdens transport en voor stootbe-lastingsgevoelige toepassingen(schampkanten, middenbermbe-veiliging).* GeluidsreductieEen interessante eigenschap vankoolstofbeton is het hoge geluids-demping/absorptiepotentieel.Ontwikkeling van C-Fix geluids-wallen/schermen en geluidsre-ducerende bestrating is in eenvergevorderd stadium.* WaterdichtheidWaterindringing, wateropnameen waterpermeabiliteit van dichtkoolstofbeton zijn zeer laag. Kool-stofbeton is daardoor goed be-stand tegen de inwerking vanvorst-dooicycli.* SlijtvastheidKoolstofbeton heeft een goedeslijtvastheid en voldoet aan zowelasfalt- als betonstraatklinkernor-men.Enkele -C-FIX bindmiddel-karakteristiekenDichtheid 25/25: 1.05-1.15 g/cm-3Koolstof gehalte: 85-90 %wZwavel gehalte: -6 %wIndringingsgetal bij 25 ?C: 1-10 (0,1 mm)Indringingsgetal bij 40 ?C: 5-20 (0,1 mm)Verwekingspunt: 90-120 ?CDyn. viscositeit bij 150 ?C: 1500-72000 mPa.sDyn. viscositeit bij 175 ?C: 370-7000 mPa.sKarakteristieke (maar niet-limiterende) eigenschappen van C-Fix bindmiddelen......(riool)buizen.....O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eMater ialencement 2002 470* Brandstof- en chemicalienresi-stentieIndringing van brandstoffen inkoolstofbetonisbeperkt,maarhetmateriaal kan door langdurigcontact met brandstoffen wordenaangetast. Door speciale behan-deling kan de resistentie echtersterk worden opgevoerd. De re-sistentie tegen zuren, basen enzouten is uitstekend.* LevensduurverwachtingOnderzoek naar de duurzaam-heid van koolstofbeton wordt uit-gevoerd in het laboratorium en ineen aantal praktijktesten. Versnel-deverouderingstestenwerdenuit-gevoerd, waarbij koolstofbeton isblootgesteld aan vorst-dooicycli,sterke UV-bestraling, kunstmati-ge regenbuien en hoge tempera-turen.Indiverseklimaatconditieswordtmomenteeleenaantalprak-tijktesten met C-Fix straatklinkersuitgevoerd, waarbij proefvlakkenworden bereden door zwaar ver-keer. Testvlakken met koolstofbe-ton straatklinkers worden bere-den in:? gematigd klimaat: Nederland(Amsterdam, Pernis en Oos-terhout);? poolklimaat: Zweden (100 kmonder de poolcirkel wintertem-peraturen ?20/?30?C:? tropisch klimaat: Muscat(Oman), temperaturen in dezomer tot 45?C.Uit de laboratorium- en praktijk-testen kan worden geconcludeerddat de levensduurverwachtingvan koolstofbeton onder Westeu-ropese klimaatomstandighedenovereenkomt met die van ce-mentbeton. Om ook betrouwbareuitspraken te kunnen doen overde levensduurverwachting onderextreme klimaatomstandighed-een worden de testen voortgezet.* BrandveiligheidBrandveiligheidstesten tonen aandat koolstofbeton op geen enkelewijze bijdraagt aan de brand.C - F i x e n h e t m i l i e uBouwstoffenbesluitC-Fix voldoet ruimschoots aan deuitlogingseisen van het Bouw-stoffenbesluit. Evenals andere opaardolie gebaseerde materialen(asfalt, dakbedekking). bevat C-Fix voor de samenstellingseis eente hoog gehalte aan minerale olie.HergebruikZowel in de productie als aan heteinde van hun levensduur geldtdat koolstofbetonwaren volledighergebruikt kunnen worden bijde productie van nieuwe (kool-stofbeton)producten.Ook bijhogeinzet van hergebruikt materiaalblijftdekwaliteitonveranderdhoogOok kunnen in C-Fix productenrecyclestromenzoalsbouwgranu-laat en recycled asfalt worden ver-werkt. Vanwege de uitstekendevloeistofdichtheid en lage uitlo-ging geeft C-Fix mogelijkhedentot immobilisatie.Milieugerichte LevenscyclusAnalyse(LCA)Een onafhankelijk milieugerichtLCA onderzoek, uitgevoerd doorIntron en gecertificeerd doorTNO, heeft straatstenen van kool-stofbeton vergeleken met die vancementbeton. Een van de belang-rijkste conclusies uit de studie isde aanzienlijke lagere CO2-emissiebijkoolstofbetoninplaatsvan cementbeton. Alleen al viaeen dergelijke vervanging voor deindustri?le straatstenenmarkt inNederland (ca. 3 miljoen m2) iseen besparing van enkele hon-derden kton CO2emissie te reali-seren. De Nederlandse overheidsteunt het C-Fix project dan ookfors middels een meerjarige sub-sidie.D e t o e k o m s tC-Fix is reeds inzetbaar als con-structiemateriaal in de bouw.Maar specifieke eigenschappenvan C-Fix maken ook totaalnieuwe constructieve oplossin-gen mogelijk, bijvoorbeeld opbasis van haar water-/vloeistof-dichtheid, geluidsreductie, corro-siebescherming en de mogelijk-heden tot inbouw van specifiekefunctionaliteit als elektrische enthermische geleidbaarheidDat geldt ook voor combinatiesmet andere materialen zoals staal.....wegenconstructies..........en trottoirbandenO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eMater ialencement 2002 4 71en beton in hybride constructies.Gebruik van C-Fix bindmiddel alsuniverseel lijmmiddel om bou-welementen flexibel met elkaar teverbinden kan hierbij eveneenseen rol gaan spelen.Belangrijk is ook dat met C-Fix alsuniverseelbindmiddelook`lastige'toeslagstoffen nuttig toegepastkunnen worden, zoals rivierslib,zoutbevattende mineralen, meng-granulaten, recycled asfalt ennatuur-,staal-enkunststofproduk-ten.De nieuwe technische mogelijk-heden in combinatie met de grotemilieuvoordelen vormen eensolide basis voor een nieuwe ge-neratie duurzame C-Fix bouw-materialen. Lijst van potentieel kansrijke toepassingen koolstofbetonBouwsector: woning- en utiliteitsbouwToepassingen Sterke punten Zwakke punten?dakpannen ?waterdicht ?kruip?dakelementen ?geluidsabsorberend ?verlies van sterkte bij hoge temperaturen (brand)?tegels ?hechting ?zwarte kleur (maar: lichtere kleuren te verkrijgen?geluidwerende binnenmuren door keuze aggregaat)?gevelplaten?topvloeren?waterdichte kelders?parkeerdekkenBouwsector: industriebouwToepassingen Sterke punten Zwakke punten?bodembeschermende voorzieningen ?waterdicht ?oplosbaar in organische vloeistoffen?trillingsabsorberende elementen ?hechting ?kruip?keerwanden uit stapelbare blokken ?trillingsabsorptie ?putvorming bij puntbelastingen?industrieplaten?lijmverbindingen prefab elementenBouwsector: wegenbouwToepassingen Sterke punten Zwakke punten?buigslappe voegovergangen ?snelle verharding ?zwarte kleur (maar: lichtere kleuren te verkrijgen?straatstenen ?geluidsabsorptie door keuze aggregaat)?geluidsscherm ?vervormingscapaciteit?gebonden wegfundering ?immobilisatie?trottoirbanden e.d.?voertuigkeringen,middenbermbeveiliging?vervanging dicht asfaltbeton (DAB)?bekleding schampkantenBouwsector: grondbouwToepassingen Sterke punten Zwakke punten?rioolbuizen ?waterdicht ?kruip?in de grond gevormde palen ?zuurbestendig?ter plekke gestorte damwanden ?stootvast?bunker bekleding?zwembaden?waterdichte tunnelbekledingBouwsector: waterbouwToepassingen Sterke punten Zwakke punten?dijkbekleding, oeverbestorting ?waterdicht?golfbrekers ?lage volumieke massa?waterzuiveringsbassins ?elasticiteit?drijvende structuren: kades, wegen