themaSuperlicht beton4200954themaSuperlicht betonVoor liefhebbers van mono-liet bouwen in schoon betonis er goed nieuws. Onder-zoekers aan de TU Berlijnhebben een super lichtge-wicht constructief betonontwikkeld met een hoogisolerend vermogen. Dezeexperimentele ontwikkelingmaakt monoliet bouwenmogelijk ondanks de hogeenergieprestatie-eisen dietegenwoordig wordengesteld aan de gebouw-omhulling. Inmiddels zijn delaboratoriumresultaten metde bouw van een woonhuisaan de praktijk getoetst.Niet alleen de specialebetonsamenstelling, ook detoepassing van glasvezel-wapening draagt bij aanhet duurzame resultaat.1Infra-lichtbeton: onderzoek en praktijk54_57_11_Infralicht 54 11-06-2009 16:56:56Superlicht beton 42009 552De laatste jaren wordt steeds meer geëxperimenteerd metbetonsamenstellingen waarmee monoliet bouwen in schoonbeton mogelijk wordt. Zo zijn voor het woonhuis in Chur,Zwitserland van architect Patrick Gartmann, betonmortel-mengsels gebruikt van cement en geëxpandeerde kleikorrels.Deze betonsamenstelling leidde tot lichtgewicht beton met eenwarmtegeleiding ? = 0,32 W/mK bij een kubusdruksterktevergelijkbaar met LC 8/9. Omdat het besef doordringt datmonoliet bouwen ook duurzaam bouwen is, wordt de ontwik-keling van constructief beton met een hoogisolerende werkingsteeds interessanter. Niet alleen is monoliet bouwen in schoonbeton op deze manier energie- en materiaalbesparend, ook hetmateriaal zelf is uiterst duurzaam. Dit inzicht inspireerdewetenschappers aan de TU Berlin tot onderzoek naar betonsa-menstellingen die nog beter isoleren zonder verlies aan sterkte.Voor het verbeteren van de isolerende eigenschappen vanbeton is gewichtsbesparing wenselijk. Belangrijker nog voor hetterugdringen van de warmtegeleiding is de hoeveelheid inge-sloten lucht. Hoe meer ingesloten lucht, hoe beter de isolerendewerking.Lichtgewicht beton is gedefinieerd als beton met een volumiekemassa van 800-2000 kg/m3. De uitdaging voor de onderzoekerswas het creëren van een beton met een volumieke massa droogonder de 800 kg/m3. Voor dit superlichtgewicht beton bedach-ten de onderzoekers de naam Infra-lichtbeton, afkomstig vanhet Griekse `infra' dat `onder' betekent.Het uiteindelijke doel was een woonhuis te realiseren in mono-liet beton met isolatiewaarden van de buitenwanden die deisolatieprestaties van het woonhuis in Chur substantieel verbe-teren.Experimenteel mengenBij de ontwikkeling en verwerking van zo'n lichtgewicht beton-mortelmengsel moet een aantal hindernissen worden overwon-nen. Factoren die in de gangbare praktijk worden vermedenvanwege een negatieve invloed op het kwalitatieve resultaat,leiden nu juist tot superlichtgewicht beton. Achtereenvolgenszijn dat: grote hoeveelheden licht toeslagmateriaal, veel lucht-belvormer, hoog watergehalte en weinig cement. Normaalgesproken is de toevoeging van grote hoeveelheden geëxpan-deerde klei of foamglas ongewenst. Dit leidt weliswaar tot eengroot aantal luchtgevulde poriën, maar ook tot een lage sterkte.Grote hoeveelheden kleikorrels in een cementmortel hebbenbovendien de neiging tot `opdrijven'. De hoeveelheid luchtbel-vormer is aan een limiet gebonden vanwege het ontstaan vanteveel luchtbellen in het oppervlak.Het relatieve verlies aan sterkte was voor de onderzoekersaanvaardbaar omdat de behaalde druksterktewaarden van degeteste proefstukken nog altijd hoger zijn dan die van metsel-werk. Deze waarden zijn voldoende voor de beoogde toepassing.Uit de eerste proeven bleek dat een teveel aan verschillendetoeslagmaterialen en hulpstoffen, zoals plastificeerder en lucht-belvormer, tot een sterke ontmenging leidt. Een stabiel mengsel isverkregen door de samenstelling te reduceren tot de belangrijksteelementen: cement, zand, kleikorrels, water en luchtbelvormer.De toepassing van een hoog watergehalte leidt uiteindelijk toteen lagere volumieke massa droog door het geleidelijk aanverdampen van het overtollige water. Bijkomend voordeel ishet verwerkingsgemak van de betonmortel door de groterevloeibaarheid. Ook verbetert de kwaliteit van het oppervlakdoordat er minder poriën ontstaan.Minder cement toevoegen aan het mengsel zorgt vanzelfspre-kend voor een lagere volumieke massa. Ook is de hydratatie-temperatuur lager, waardoor er minder krimp optreedt in eenvroeg stadium.Ine ter Norcharchispecials.com1 In Berlijn Pankow is een vrijstaand huisvan twee verdiepingen en een keldergerealiseerd met infra-lichtbetonfoto's: Lutz Artmann, Berlin2 Infra-lichtbeton is lichter dan water54_57_11_Infralicht 55 11-06-2009 16:56:57Superlicht beton4200956thema3 Toepassing van glasvezelwapening op debouwplaats4 Het ontwerp bestaat uit een sobere kubus-vorm van monoliete schoon betonwandenfoto's: Lutz Artmann, Berlin5 Bij de wand/vloeroplegging wordt de wand-doorsnede gehalveerd. Daarom is extra iso-latie toegepast om het verlies aan wandma-teriaal te compenserenInfra-lichtbeton in de praktijkDe grote uitdaging was om de behaalde laboratoriumresultatenook in de praktijk te realiseren. Professor Mike Slaich die zelfde onderzoeksgroepen aan de TU Berlijn leidde, koos daarvoorzijn eigen woonhuis. In Berlijn Pankow is een vrijstaand huisvan twee verdiepingen en een kelder gerealiseerd naar ontwerpvan architect Clemens Bonnen.Het ontwerp bestaat uit een sobere kubusvorm van monolieteschoon betonwanden. De wanden van de noord- en zuidgevelzijn grotendeels doorbroken met terugliggende gebouwhogepuien van glas en zwart aluminium, waarbij een betonnenomlijsting de kubuscontour afleesbaar houdt.Zowel in het exterieur als het interieur is schoon beton, inte-graal toegepast als esthetisch en constructief materiaal.De gevelwanden zijn gemaakt van infra-lichtbeton met eendikte van 500 mm. Binnenwanden, vloeren en kolommen zijnvan normaal gewapend beton. Net als de gevelwanden zijn ookdeze bouwdelen uitgevoerd in ter plaatse gestort schoon beton.Met de gevelwanden van 500 mm dik is een U-waarde bereiktvan 0,341W/m2K.Bij dit isolatieresultaat zijn toegevoegde isolatiematerialen enkoudebrugmaatregelen tot een minimum gereduceerd.Aandacht voor kwaliteitBij de uitvoering van het werk was vooral het gewenste kwali-teitsniveau van betonoppervlak moeilijk haalbaar. Nieuw plaat-materiaal zonder bekistingsolie bleek het beste resultaat op televeren. De plaatnaden lopen zowel binnen als buiten ineenzelfde patroon door. Voor het storten is gebruikgemaaktvan een kubel met een slang om de valhoogte te beperken endaarmee ontmenging te voorkomen.Om poriën in het oppervlak te minimaliseren is een consistentiegekozen met een watercementfactor van 0,5 en een vloeimaatvan 600 mm. De wanden zijn gestort in lagen van 500 mm en opde gebruikelijke wijze getrild met behulp van trilnaalden. Hetmortelmengsel bleef stabiel. Ontkisten gebeurde na 7 dagen,waarna de wanden zijn ingepakt met folie bij wijze van curing.Ondanks de voorzorgmaatregelen waren poreuze delen van hetoppervlak niet te vermijden. Het geheel is nabewerkt met eenmortel van CEM III-A en geëxpandeerd glasaggregaat envervolgens voorzien van transparante waterdichte afwerking.Het uiteindelijke proefmengsel dat is gebruikt voor de testproef-stukken bestaat uit de samenstelling als in tabel 1.Veelbelovende testresultatenDe proefstukken zijn getest op een groot aantal eigenschappen,waarvan de belangrijkste de druksterkte en de warmtegeleidingzijn (tabel 2).Voor het meten van de druksterkte zijn proefkubussen gebruiktvan 150 x 150 x 150 mm. Na 6 dagen zijn de kubussen ontkisten tot de test gecured met water van 22 °C. De druksterktegemeten na 28 dagen is 7 N/mm2. Na 56 dagen is de sterktetoegenomen tot 8 N/mm2. Voor de warmtegeleidingstesten zijnproefstukken van 500 x 500 x 50 mm getest in het laboratoriumvan de MPA in Berlijn. Hier zijn warmtegeleidingswaardengemeten van ?droog= 0,181 W/mK. Heel positief was het resul-taat van de CIF-test waarin de capillaire werking en het verwe-ringsgedrag van het proefstuk onder invloed van vorst werdenonderzocht. Hieruit blijkt dat de grote hoeveelheid luchtge-vulde poriën gunstig is bij blootstelling aan cycli van vorst endooi. De kans dat het betonoppervlak als gevolg van extremewintercondities schade oploopt, is uiterst minimaal.De elasticiteitstesten toonden minder gunstige uitslagen (tabel 2).Om het aantal krimpscheuren van jong beton te minimaliserenis gekozen voor CEM A 32,5. CEM I bleek in combinatie meteen lichtgewicht samenstelling hydratatietemperaturen vanboven de 90 °C te genereren.Interessant is de toepassing van glasvezelwapening ter voorko-ming van krimpscheuren. Voor glasvezelwapening is gekozen omde lage warmtegeleidingwaarde van het lichtgewichtbeton nietnegatief te beïnvloeden door de toepassing van staal. Glasvezel-wapening is bovendien gunstig omdat er geen corrosie van wape-ningstaal kan optreden en koudebruggen worden vermeden.Tabel 1 Betonsamenstelling (met droge toeslagstoffen)kg/m³ L/m³cement CEM III-A 32,5 330 108licht, fijn zand 0-2 200 158Liapor 1/4 25 30Liapor 2/9 170 315water 165 165luchtbelvormer 2,0 2,0354_57_11_Infralicht 56 11-06-2009 16:56:59Superlicht beton 42009 57wandopeningen gezet. Een klein strookje isolatie en de houtenbinnenbekleding van de negge zijn voldoende om een koude-brug te voorkomen.De grote puien zijn ook koud tegen de wand geplaatst waarbijeen ingestorte strip foamglas een koudebrug voorkomt.Vooral deze strakke aansluitdetails creëren een uiterst puurbeeld waarbij de kubusvorm zonder trukendoos tot standkomt. De details verraden of de architectonische belofte vanmonoliet bouwen met infra-lichtbeton wordt waargemaakt.Met dit woonhuis komt de toepassing van monoliet bouwenweer een stapje dichterbij. )Details verraden monoliete waarheidDe bouwkundige details vroegen extra aandacht, onder meervanwege de te verwachten krimp en kruip. Vloeren van stan-daardbeton kunnen niet stijf worden verbonden met dewanden van infra-lichtbeton. Om de bewegingen als gevolg vankrimp en kruip op te vangen is de vloer opgelegd op rubber-strips. Bij de wand/vloeroplegging, waarbij de wanddoorsnedewordt gehalveerd, is extra isolatie toegepast om het verlies aanwandmateriaal te compenseren (fig. 5).Interessant is de aansluiting van de glasopeningen op de wand.De kleine badkamerramen in de noordgevel zijn `koud' in deTabel 2 Eigenschappen infra-lichtbetonkubusdruksterkte flck,cube7,00 N/mm²buigtreksterkte flct,fl0,95 N/mm²splijttreksterkte flct,sp0,55 N/mm²berekende splijttreksterkte flctm(DIN 1045-1) 0,66 N/mm²elasticiteitsmodulus Elc4000 N/mm²warmtegeleiding ltr,100,181 W/(mK)U-waarde (twall= 500 mm) 0,341 W/(m²K)volumieke massa, nat 1000volumieke massa, droog 760 kg/m³4554_57_11_Infralicht 57 11-06-2009 16:57:01