C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gMater ialencement 2006 5 45Het concept voor zelfreinigendebetonoppervlakken berust op hetgebruik van het fotokatalytischmateriaal titaandioxide (TiO2),zoals in voorgaand artikelgenoemd. Fotokatalyse betekentdat het zonlicht de nodige energielevert voor het initi?ren van che-mische reacties die leiden totafbraak van de vervuilende stoffen.Voor de ontwikkeling van zelfrei-nigende betonoppervlakken heeftHeidelbergCement een onder-zoeksproject opgezet, waarbij denadruk is gelegd op de volgendethema's:? ontwikkeling van een eenvoudigeproefmethode die toelaat het zelf-reinigend vermogen van een foto-katalytisch materiaal op kwantita-tieve wijze te beoordelen;? onderzoek naar de optimalefotokatalysator voor de zelfreini-gende werking van cementge-bonden materialen;? evaluatie en verbetering van delange-termijnstabiliteit van dezelfreinigende werking vancementgebonden materialen.Het betonoppervlak wordt in deloop der tijden immers gewij-zigd door processen zoals uit-bloeiing, carbonatatie en veran-derende porositeit, waardoor hetfotokatalytisch effect mogelijkkan worden aangetast.K w a n t i f i c e r i n g z e l f r e i n i -g e n d e f f e c t T i O 2In een vereenvoudigde proefme-thode worden proefkubusjes metzijden van 50 mm besproeid meteen oplossing van de organischekleurstof Rhodamine B (rood). Dekleur van het oppervlak wordtbepaald voor en na het aanbren-gen van deze vervuiling, en geka-rakteriseerd door de bekendekleurparameters L, a en b.Vervolgens wordt het monsterblootgesteld aan bestraling volgenseen spectrum vergelijkbaar metdaglicht (ULTRA-Vitalux 300 W)onder gecontroleerde temperatuuren relatieve luchtvochtigheid, enwordt de kleur van het oppervlakop vaste tijdstippen opnieuwbepaald. Het verschil tussen deiniti?le verkleuring en de opgeme-ten kleur is een maat voor de effi-ci?ntie van de zelfreinigendewerking van de beproefde mortel:E* = ((L*)2+ (a*)2+ (b*)2)De proefopstelling is getoond infoto 1.O p t i m a l i s e r i n g c o m b i -n a t i e f o t o k a t a l y s a t o re n c e m e n tMet het oog op een maximale zelf-reinigende werking werd op basisvan de bovenvermelde evaluatie-procedure een optimale samen-stelling ontworpen voor de combi-natie cement en TiO2.Verschillende typen van TiO2wer-den daarbij onderzocht, zowel incombinatie met grijze als wittecementsoorten. De beschikbareTiO2-producten verschillen alle insamenstelling (puur anatase, com-binaties anatase-rutiel, of nogandere toevoegingen), fijnheid,kristalgrootte, BET-fijnheid en der-gelijke.De bereikte effici?ntie is nietalleen afhankelijk van de toege-paste dosering in het cement,maar wordt eveneens bepaald doorOntwikkeling van cementmet fotokatalytischeeigenschappenir. C. Ladang, HeidelbergCement BeneluxP. Declerck, DecomoBetonnen gevelelementen onderscheiden zich door ontwerpvrijheid in vormen textuur, hoge sterkte en duurzaamheid. Maar verwering en vervuiling tas-ten de oorspronkelijke esthetische kwaliteiten aan. Is zelfreinigend betonmogelijk, naar gelijkenis van zelfreinigend glas dat inmiddels op de markt is?Dit artikel gunt de lezer een voorzichtig kijkje in de keuken vanHeidelbergCement, ??n van de grote cementproducenten die met de ontwik-keling van zelfreinigend beton bezig zijn.1 |Proefopstelling UV-bestraling van `vervuil-de' proefstukkenC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gMater ialencement 2006 5460%20%40%60%80%100%120%0h 4h 6h+ 24h ++blootstellingstijdontkleuringsgraadwit cement D-1 K-1 K-3 K-4 K-5 S-1wit cement + 6% TiO2de combinatie cementtype-TiO2.Optimalisatie moet voor elkcement apart gebeuren.Opmerkelijk bij deze proeven wasde vaststelling dat de rutiel-kristal-vorm, die normaal gezien eenmindere fotokatalytische reactievertoont dan de anatasevorm, opzichzelf toch een significant zelf-reinigend effect teweegbrengt incementgebonden producten. Dereden hiervoor is waarschijnlijk tevinden in het feit dat daar waaranatase enkel door UV-stralingkan worden geactiveerd, de rutiel-kristalvorm ook reageert op zicht-baar licht, dat in ruimere matebeschikbaar is in het daglichtspec-trum. Voorwaarde is wel dat dekristalgrootte van het rutiel kleineris dan deze gebruikelijk in traditi-onele pigmenten.Enkele resultaten van de optimali-satieproeven voor wit cement zijngetoond in figuur 2. Merk op datna 24 uur bestraling tot 95% vande aangebrachte vervuiling ver-dwenen is!D u u r z a a m h e i d v a n h e tz e l f r e i n i g e n d e f f e c tMeer nog dan het verkrijgen vaneen onmiddellijk zelfreinigendeffect van een betongevel, is hetbelangrijk dat deze zelfreinigendewerking ook na lange tijd actiefblijft. Het is immers meestal pasna enkele jaren dat gebouwenzonder bijkomende beschermingonder invloed van weer en wind,uitlaatgassen, mosvorming en der-gelijke verweren en vervuilen.Beton wordt daarbij vaak op eenlelijke wijze oud. Het is van cruci-aal belang dat de zelfreinigendewerking continu optreedt, zodatde vervuilende stoffen onmiddel-lijk worden afgebroken zodra zemet het betonoppervlak in aanra-king komen. Anders zou de ver-vuiling het TiO2-houdend opper-vlak van het zonlicht afschermen,zodat de zelfreinigende werkingstilvalt.Om deze duurzaamheid in prak-tijk te beoordelen werd op labora-2 |Zelfreinigende werkingvan mortel op basis vanwit cement, gedurendeeerste 24 uur van UV-bestraling, voor verschil-lende TiO2-producten3 |Expositie van TiOCEM-proefstukken ter beoor-deling van de duurzaam-heid van het zelfreini-gend vermogenC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gMater ialencement 2006 5 47toriumschaal een grote reekstegelvormige proefstukken aange-maakt die aan een vervuilendebuitenomgeving werden blootge-steld, respectievelijk met noord-en zuidori?ntatie (foto 3). Dezelange-duurproef loopt momenteelnog verder, maar resultaten toneninmiddels het duurzame karaktervan de zelfreinigende werking.De zelfreinigende werking van detegelmonsters werd na 1,5 jaarblootstelling opnieuw beoordeeldop basis van de eerder vermeldekwantitatieve testprocedure. Voorde meest optimale combinatieskon een zuivering van meer dan90% vastgesteld worden, Dit isvergelijkbaar met de zuiveringsca-paciteit gemeten op nieuwe mon-sters.P i l o t p r o j e c t D e c o m oDe Belgische firma Decomo ispartner van HeidelbergCement inhet TiOCEM-onderzoekproject.Decomo is gespecialiseerd in defabricage van architectonischegevelpanelen. De ontwikkelingvan zelfreinigend beton is vanstrategisch belang voor bedrijvenin de sector architectonisch beton.Als pilotproject is gekozen voor dereeds geplande nieuwbouw vanhet eigen hoofdkantoor voorDecomo, op het fabrieksterrein inMoeskroen. Foto's 4 en 5 tonenhet gebouw dat momenteel inaanbouw is.Deze nieuwe constructie is opge-bouwd uit zelfdragende gevelpane-len, in totaal 530 m? gezuurd en1060 m? gepolijst beton, en negenkolommen ?400 mm in gepolijstbeton. De betonsamenstelling isgebaseerd op het TiO2-houdendecement, gecombineerd met zwartpigment en hoogwaardige granu-laten, dat resulteert in een esthe-tisch lichtgrijs betonoppervlak. Desamenstelling wordt aangepastnaargelang het een gezuurd of eengepolijst betonoppervlak betreft.Voor wat betreft de aanmaak, hetmengen en het verwerken van hetzelfreinigend beton is er geen ver-schil met traditionele mengsels.Enkel de fijnheid van het aanwe-zige TiO2-poeder veroorzaakt eenlichte afname van de verwerkbaar-heid en een verbeterde samen-hang van het mengsel.Opmerkelijk in dit pilotproject isdat niet alleen de betonnen gevel-elementen en kolommen, maarook de grote glaspartijen en alumi-nium profielen zelfreinigendeeigenschappen bezitten, zodat degehele buitengevel zelfreinigendis!V o o r u i t z i c h t e nHet pilotproject Decomo biedt deideale gelegenheid om de zelfrei-nigende capaciteit van beton inpraktijkomstandigheden te beoor-delen, en om de duurzaamheidvan dit effect op langere termijnna te gaan. Op basis van dezepraktijkproef kan de samenstellingvan het fotokatalytische cementnog worden bijgestuurd, en kanverdere optimalisatie plaatsheb-ben. Ervaringen in het buitenlandmet zelfreinigend beton tonen totnu toe in elk geval een prestatievan dit materiaal. Er bestaat zekereen groot potentieel voor verdereontwikkeling en toepassing. n4, 5 | Uitvoering pilotpro-ject