prof.ir.P.C.Kreijgerhoogleraar Materiaalkunde TH-Eindhoven,afd. BouwkundeBeton uit beton en nog wat*1. InleidingHet bouwmateriaal beton wordt sinds enkele jaren ook beschouwd uit oogpunt van ecologi-sche, ethische en maatschappelijke aanvaardbaarheid van materiaaltechnisch handelen. Eenvertaling hiervan in technische termen leidt ertoe dat men enerzijds probeert te komen totdemontabel bouwen in beton, anderzijds tot hergebruik op grotere schaal van gesloopt envergruisd beton- en baksteenpuin, en van ander materiaal zoals mijnsteen.Onderzoek om dezedoelstellingen te verwezenlijken begint thans op gang te komen. Schema 1 geeft daarvan eenoverzicht; enkele facetten worden iets meer in detail behandeld.?(SCHElDEN)Schema 1Samenhang tussen onderzoekingen ten be-hoeve van slopen, hergebruik en demontagevan beton...I11IIBABEXI IRVll!RV/S?H-E TH-D IIBOUWCENTRUMTNO-NOI?ECHNiSCH jONDtRZOE KGELDSTROMEN20.1C ?TON&ETONPUIN1,5.106T/JRMETSELWERKPUINMIJNSTEEN60.106 TONHERGEBRUIKBETON_ENMET5ElWERKPUJNRILEMEGEDANATOoBTNO-NONLBabexRWSRWLSVASSOML10FR?union International des Laboratoires d'Essais et de Recherchessur les Mat?riauxEuropese GemeenschapEuropean Demolition AssociationSpecial Programme Panel on Materials Science ofScientific AffairsDivision of North Atlantic Treaty OrganizationDuitse BondsrepubliekBelgi?Nijverheids Organisatie TNONederlandBond van Aannemers met Bevoegdheid voor Slopenmet en zonder ExplosievenRijkswaterstaatRijkswegenbouwlaboratoriumStichting Verwijdering AfValstoffenSamenwerkingsverband Sanering Mijnterrein Oostelijk MijngebiedLimburgs Instituut voor Ontwikkeling en FinancieringVoordracht, uitgesproken tijdens de Beton-dag 1979, Utrecht, 15 november jl.Cement XXXII (1980).nr. 42. Overzicht onderzoekDe aanzet tot de verschillende thans lopende onderzoekingen vormde een in 1976op initiatiefvan de CUR opgesteld '3-landen'-onderzoekproject, uitte voeren door Nederland, Belgi? en deBondsrepubliek Duitsland.De kosten zouden gedeeltelijk doorde landen zelfworden gedragenen gedeeltelijk door de EEG (van dit laatste is overigens tot op heden niets gekomen).214Het project bestaat uit drie onderdelen, gekarakteriseerd door de woorden 'slopen', 'herge-bruik' en 'demontage' waarbi de hoofdaccenten van deze karakteristieken resp. aan Dultsland.Belgi? en Nederland werden toevertrouwd.De landelijke financiering van het Duitse onderzoek is nog steeds niet geregeld zodat het daaruit te voeren onderzoek nauwelijks is begonnen. In Belgi? was de landelijke financieringspoediggeregeldzodathet daarverrichteonderzoek al vooreen grootdeel is afgerond [1]." Definanciering in Nederland is thans in redelijke mate tot stand gekomen zodat de Nederlandsedeelonderzoekingen thans in versneld tempo kunnen plaatsvinden.Schema 1geeft de door de Nederlandse financiering veroorzaakte uitbreiding van (Nederland-se) instanties die direct of indirect bij het onderzoek zijn betrokken. In dit schema is tevens desamenhang aangegeven die bestaat met het mogelijke gebruik van mijnsteen als toeslaqmate-riaal voor beton en die door Limburgseorganisaties getrachtwordt op gang te brengen. Geziende overeenkomsten van onderzoek (breken, verontreinigen, kwaliteit van met mijnsteen ver-vaardigdbeton) lijkt het juist in ditoverzicht hieroptewijzen. Hetgrotevoordeel van mijnsteen isdaarbij dat de fractie < ca. 4 mm geschikt is als brandstof, die door mengen met afvalolie eenverdubbelde stookwaarde krijgt en dan overeenkomt met de waarde van vochtrijke bruinkool.Voor betere brandstofkwaliteit kan het mengsel mijnsteen/olie nog gemengd worden met bijv.kolentoteen stookwaarde die gemakkelijk groteris dan de gewen ste waardevan ca. 13MJ/kg.Verwacht mag worden dat door deze combinatie van toepassingen, mijnsteen < ca. 4 mm alsindustri?le brandstof en mijnsteen > ca. 4 mm als toeslagmateriaal, een op korte termijneconomische oplossing kan worden verkregen die veel duidelijker ligt dan ten aanzien vanbeton- en metselwerkpuin het geval is. Ook het meer centrale plaatsgebonden ter beschikkingzijn van mijnsteen ten opzichte van de sterkere variabele beschikbaarkoming van beton- enmetselwerkpuin wijst in het voordeel van mijnsteen wat betreft economie en dus praktijkge-bruik.In het genoemde '3-landen'"onderzoek is uiteraard gezorgd voor de nodige co?rdinatie, diezich ook uitstrekttotde RILEM-commissies 'Dernolitlon and re-use of concrete' en 'Use of wastematerials in the construction industry'. Ook bestaan goede betrekkingen met het 'NATO SpecialProgramme Panel on Materials Science' waarvan namelijk een werkgroep tot taak heeft eensymposium van experts voor te bereiden over het onderwerp 'Adheslon problems in therecycling of concrete' (maart 1980).Schema 2Betrokkenen bijhet '3-landen '-onderzoekFORSCHUNGSINSTITUTZEMENTIND. DUSSELDORFLAB. MATERIAAL KUNDEAFD. BOUWKUNDE TH-EBABEXSTEVIN LABORATORIUMTH-D(SCHEIDEN)1 SLOPEN( BREKEN,VERGRUIZEN)2 HERGEBRUIKOCCNPRB NOBELEXPLOSIFSWetenschappeliTechnischCentrum voor hetBouwbedri jf (Brussel)OCCN =Centrum voor hetTechnisch derCementnijverheid( Brussel)LAB. GENIE CIVILLOUVAiN LA NEUVETussen vierkante haakjes geplaatste cijfersverwijzen naar de literatuuropgave aan heteind van dit artikel.Cement XXXII (1980) nr. 4Schema 2 geeft het overzicht van de rechtstreeks bij het '3-landen'-onderzoek betrokkenlaboratoriaen organisaties terwijl in schema3 getrachtwordteen indrukte geven van de inhouden vorderingen van diverse onderzoekingen die uit de schema's 1 en 2 volgen.In april 1979 werd tijdens de CUR-VB-dag van Belgische zijde reeds een overzicht gegeven overhet Belgische onderzoekdeel van het '3-landen'-onderzoek met betrekking tot hergebruik enfragmenteren door middel van breken en springstoffen [1].Onderstaand zal worden ingegaan op de stand van zaken bij het meer fundamentele onderzoek(laboratorium Materiaalkunde TH-Eindhoven, afd. Bouwkunde)en bij het onderzoek 'dernonta-bel bouwen' (Sfevinlaboratorium TH-Delft, Laboratolre de G?nie CiviI, Universit?Catholique deLouvain).3. Van lage temperatuur betonontleding tot fundamenteel onderzoek.Hoewel zeer veel onderzoek heeft plaatsgevonden naar het vermijden van vorstschade aanbeton was (voor zover bekend) nooit onderzoek verricht om door vriezen en dooien bewustbeton te ontleden. In het kader van het '3-landen'-onderzoek werd dit onderzoek op hetlaboratorium Materiaalkunde van de TH-E als afstudeeronderzoek ter hand genomen. Na eenuitgebreide literatuurstudie werden de invloeden van de in het spel zijnde variabelen experi-menteel getoetst: betonkwaliteit, aantal malen vriezen/dooien, graad van waterverzadiging,vriessnelheiden de (optimale) minimale temperatuur in de kern van het beton (bij vriezen). Hetbleek daarbij [2) dat beton onder optimale randvoorwaarden inderdaad ontleed kan wordenwaarbij de toeslagmaterialen (zand en grind) weer praktisch schoon worden teruggewonnen.Het benodigde aantal malen vriezen/dooien blijkt dan ongeveer gelijk tezijn aan de kubusdruk-sterkte van het beton (op het ogenblik van de behandeling) gedeeld door tien (N/mm2kubusdruksterkte/10)215Schema 3Overzicht deelonderzoekingen ten behoevevan slopen, hergebruiken demontage vanbeton1Definitie van -potentiaal met correlatiesELECTROLIET - OPLOSSINGIIAFSCHUIFVLAKIIII18-Ila11 SCHEIDEN 'VERGRUiZEN 12 3 DEMONTAGEDUITSE GEAVANCEERDE MEEDENKEN( 1) MEEDENKEN )BONDSREPUBLIEK SCHElDINGSTECHNIEKEN(I)BELGIE A) ZAGEN A) VERGRUISD BETON eER. PREFABGEBOUWTOT NlEUW8ETON METDRAGENDEWANDEN (3),) SCHElDEN WAPENING ,) ADVIES TAV B DETAILLERING (2)VAN BETON DMV VOORSCHRIFTEN ( 1)BREKEN EN DMVEXPLOSIE (2 ) TOTC lGEWENSTE C) ONDERZOEKGRADERING (2) VERB1NDINGEN (2)NEDERLAND A) GEBRUIK LAGE A) A) BER. PREFABTEMPERATUUR (3) (I) SKELETKONSTRUKTIE(3 )B ) FUNDAMENTEEL B) KOSTEN/BATEN B.) DETAILLERING (2 )ONDERZOEK (2) ANALYSES ( I )C) TOEPASSING IN WEG- C) ONDERZOEKEN WATERBOUWKUNDE VERBINDINGEN ( 2 )ADVIESTAV (I)VOORSCHRifTEN ( 1 )2INTERNATIONALERILEM: DEMOLITION.AND RE-USEOf ( I) Of JUIST BEGONNEKONTAKTENCJE'S CONCRETE: { TOT 3/4 GEREEDVOORTGANGSRAPPORTEN (3) AFGESLOTENUSE OF WASTE MATERlALS ININDUSTRY( 3)NATO: SPECIAL PROGRAMMEPANELONMATERIALSSCIENCE: SYMP.BYEXPERTS ON ADHESIONPROBLEMSIN THE RECYCLING OF CONCRETE( MRT. 1980, NAPELS) (2 )3 BABEX KOSTEN SELEKTIEF SLOPEN ( 2 )4 SOORTEN BREKERS; VERWIJDERENRWS/RWl(GROVE?) VERONTREINIGiNGENTIJDENS BREKENTNOI NODOELSUBSIDIE (CTl-TNO: 2)5 CUR-VBIBESTEDINGSVOORSTEllEN SUBSIDIES MIN.CIE. B29 V&MTAV HERGE8RUlKBETONPUINENMETSELWERKPtJIN: LITERATUURONDERZOEKHERGEBRUIK VAN BOUw- ENBETONPtJ1N(tese- TNO :3)6 5S0M ONDERZOEK MATERIAALEIGENSCHAPPEN VANMijNSTEEN EN TOEPASSINGSMOGELIJKHEDENHIERVAN( IGRON / INTRON)EERSTE ONDERZOEK GEREED,VOLGENDE IN(2)7 SVA INLEIDING MARKTONDERZOEK / INLEIDENDEKOSTEN/ BATENSTUDlES (1):ONDERZOEK HOEVEELHEID SLOOPMATERIAALIN WONINGBOUW ( BOUWCENTRUM:3)8 INTERDEP. BELEIDSVOORBEREIDENDE NOTA:?" HERGEBRUIKWERKGROEP VAN BOUW- EN SLOOPAFVAL"(3)HERGEBRUIKBOUW-ENSLOOPAFVALNbMICRO-HARDHEID tBEWEEGLIJKHEID tVANDISLOCATIESlbICONCENTRATIEELECTROLIETUit een aansluitende studie bleek echter eenbeton-recirculatiefabriek, werkend volgens ditprincipe, economisch een zwaar verliesgevend bedrijf te zijn, zodat aan praktische toepassing(althans voorlopig) niet kan worden gedacht.Tijdens het onderzoek werden echter nog 'trouble-shooting'-proefjes uitgevoerd waarbij ondermeer bleek dat aanwezigheid van bepaalde ionen in het water (gebruikt voor de verzadiging vande proefstukken) leidde tot sterk versnelde desintegratie. Dit was overigens in de literatuur algevonden voor bepaalde zouten [3] . Aan mogelijke fysische en chemische verklaringen van ditverschijnsel werd een nadere studie gewijd waarbij tenslotte aansluiting werd gevonden bijonderzoekingen die teruggaan tot Hehbinderin 1928, zie bijv. [4] en bij onderzoek vanWestwood [5]Daarbij bleek namelijk dat elektrolytoplossingen aan grensvlakken van materialen veranderin-gen kunnen veroorzaken in onder meerde mechanischeeigenschappen (bijv. hardheid) vandebetreffende grensvlakken.Deze invloed van de elektroliet-oplossing kan fysisch worden gekarakteriseerd met behulp vande zgn. z?ta-potentiaal (~). In eenelektroliet-oplossing heeft aan het oppervlak van vele vastestoffen namelijk specifieke adsorbtie van ionen plaatsen wel des te sterker naarmate degeadsorbeerde ionen beterbij die stof passen (potentiaalbepalende ionen).Aan het oppervlak vormtzich hierbij een elektrische (ladings)dubbelJaag met een verloop van depotentiaahp als geschetst in figuu r 1avooreen bepaalde elektrolietconcentratie. Juist onderhetoppervlak van de vaste stofbevinden zich despecifiek geadsorbeerde en potentiaalbepalendeionen met hieraan grenzend in de vloeistof een laagje sterk aan het oppervlak gebondentegenionen: de zgn. Stern-laag (??n ionstraal dik) dat van de rest van de elektrolietoplossinggescheiden gedacht is door een hypothetisch vlak. Rechts van het Stern-vlak vertoont deladingsverdeling een meer diffuus karakter: de zgn. Gouy-Chapmanlaag (ca. 1 urn dik). Legtmen nu een elektrisch veld aan, evenwi jdig aan het oppervlak van de vaste stof, dan gaat het deelvan de diffuse laag rechts van het zgn.afschuifvlak bewegen ten opzichte van het elektrolietCement XXXII (1980) nr. 4 216links van het afschuifvlak datdoorz'n sterke binding met hetvaste-stofoppervlak in rust blijft. Deontstane stroom is even redig met de potentiaal plaatse van het afschuifvlak die op zijn beu rteen maat is voor de potentlaal ter plaatse van het vaste-stofoppervlak.In veel gevallen blijkt er bij varierende elektrolietconcentratie een correlatie op te treden tusseneen sterkte-parameter, zoals de micro-hardheid h van de vaste stof en de -potentiaal (fig. 1b).Een preciese verklaring voor dit verschijnsel is nog niet bekend. De verklaring wordt vooralgezocht in de richting van:a. de eveneens gemeten correlatie van de beweeglijkheid van dislocaties in de vaste stof met de(zie fig. 1b);b. de zgn. chemosorptle-verbrosslnq waarbij men aanneemt dat een geadsorbeerd molecuul deinter-atomaire bindingen van de vaste stof verzwakt of er zelfs mee reageert (zie fig. 2).2ChemisorbtieoA-Ao '"HECHTING TPVDESCHEURTlPB= GEADSORBEERD OPP.ACTIEF ATOOM /MOLECUULBeide typenverklaringen geven echteraan dat breuk wordtbe?nvloed doordeomgevingscondi-ties zodat een welbewuste keuze hiervan moet kunnen leiden tot vermindering van de energiedie nodig is om een breukvlak tevormen. Een promotieonderzoek hierover heeft dit principereeds bevestigd voor cementsteen. Zowel voor cementsteen vervaardigd met portlandcementals met hoogovencement werd waterige elektrolietoplossingen van variabele concentratieenerzijds de bepaald en anderzijds de scheurweerstand (K,c-factoruitdebreukme-chanica, een maat voor de breukenergie). Een duidelijke correlatie tussen deze twee parame-ters en geheel in overeenstemming met literatuurgegevens voor andere materialen, werdgevonden (fig. 3) voor beide soorten cementsteen.Daaruit blijkt dat de scheurweerstandaanmerkelijk kan worden be?nvloed doordeabsorptievanbepaalde ionen [6]. Verwacht wordt dat voortgezet onderzoek een duidelijke bijdrage zalleveren tot het verhogen van het rendement bij het vernietigen van materialen en dus bij hetscheiden en vergruizen van beton- en metselwerkpuin.4. Demontabel bouwenDe voordelen van betonnen gebouwen zoalsstabiliteiten grotestijfheid, worden nadelen als hetgebouw van functie verandertofniet meer aan degebruikseisen voldoet. Verbouwen en afbraakzijn dan verbonden met hoog energiegebruik en met grote stof- en geluidshinder. De restwaar-de van de afgebroken onderdelen is gering.Een mogelijkheid tot verbetering biedt de demontabele bouwwijze. Milieuhinderwordt daarbijsterk beperkt, energiegebruik is bij de demontage gering en de onderdelen zouden zelfs bijgoede afspraken omtrent voorkeursmaten - nog een keer kunnen worden gebruikt. Naastenergie worden zo ook grondstoffen bespaard. Om te komen tot een overzienbaar en doelge-richt onderzoek werd het thema beperkt tot demontabel bouwen met geprefabriceerde gebou-wen waarbij na uitvoerige discussie tenslotte de volgende werkwijze en werkverdeling werdgekozen (tabel 1).land Nederland Belqi?onderwerp pretab-skeletconstructies prefab-gebouwen met dragendewandenliteratuur verbindingen tussen geprefabriceerde delen met het oog opmogelijke demonteerbaarheid en 'droge' montagevoorstudie te onderzoeken constructie-typen te onderzoeken gebouwen-typenen berekeningen van varianten en berekeningen van varianteneerste proevenserie op schaal en ware groottemet berekeningen3Correlatie tussen scheurweerstandpotentiaal voor cementsteen [6]type keuze gereed driebeukig kantoorgebouw(stramienmaat 7,20 m)woongebouw metdragende wandenop schaal en ware groottemet berekeningenHOOGOVENCEMENTSTEENNederland Daar de hoeveelheden materiaal in de vloerplaten het grootst zijn, is vooral hetdemontabel maken van de vloerconstructie van belang. Het naast elkaar leggen van in ??nrichting dragende voorgespannen kanaalplaten zonder deklaag en zonder langs- of dwarswa-pening in de voegen, ligt dan het meest voor de hand. Dezeplaten rusten op balken die op hunbeurt weer op consoles van de kolommen zijn opgelegd. Alle balken zijn doorgekoppeld metbehulp van staaldraad (of streng).Inde eerste proevenserie worden sterkte en stijfheid in horizontale richting (windkrachten ofbijzondere invloeden) onderzocht en een vloerveld op schaal 1:5 vervaardigd met de afmetin-gen 9,50 x 3,00 m2 (foto 4)dat met vijzelswordt belast. Deverplaatsingen en verschuivingen in devoegen Worden gemeten, evenalsoplegreactiesen krachten in de koppelstaven vandebalken.rekenkundig en experimenteel onderzoek naar mechanisch gedragvan voegen en verbindingen, analyse van de resultaten en rapportage.afrondingPOTENTIAALTOENEMEND - 0 TOENEMENDNEGATIEF POSITIEFu_Cement XXXII (1980) nr. 4 2174aDetail van de samengestelde vloer met hollevloerplaat, balk en kolomfoto's: Stevinlaboratorium TH-Delft4bOnderaanzicht vloer met balken en kolom-men4cDe demontabele vloer tijdens montage metdevijzels voor de horizontale belasting5Onderzoek knooppuntvoor demontabel bou-wen (Laboratorim du G?nie CiviI, Universit?Catholique Louvain-/a-Neuve)Het rekenprogramma van Prof.Mehlhorn (Tl-l-Darrnstadt) werd aan de Delftse computer aange-past en zal worden gebruikt om het gedrag van de samengestelde constructie rekenkundig tebegeleiden.In een volgende fase zullen modelproeven worden uitgevoerd waarbij naast horizontale ookverticalebelastingen zullen worden aangebracht. Daarnazullen aan hetschaalmodel voeggeo-metrie, voegvulling en randvoorwaarden (stijve wanden ,kern, plaats van deze stijve elementen)worden gevarieerd. Op waregrootte zullen tenslotte afschuifproeven aan stukken van vloerpla-ten worden uitgevoerd.COTESEN MMPORTIQUE ESSAIBelgi? In Louvain-Ia-Neuve wordt een knooppunt op ware grootte onderzocht bestaande uiteen stuk onder- en bovenwand met vloerplaatstukken aan weerszijden (fig. 5), De voeg isaangegoten en de vloerdelen voorgespannen. De invloeden van de voorspanning (H) en deverticale belasting (P) op de bezwijkbelasting worden onderzocht.Parallel aan dit onderzoek lopen stabiliteitsberekeningen met behulp van de eindige elsmen-tenmethode waarbij met 2de orde-effecten rekening kan worden gehouden. Dit computerpro-gramma wordt verder uitgewerkt voor de stabiliteitsberekening van geprefabriceerde gebou-wen.Literatuur1. H.Lambotte, C.de Pauw, 'Hergebruik van sloopbeton " Cement XXXI (1979) nr. 8, blz. 3302. J.C.w.M.Kempenaars, 'Laboratoriumonderzoekmetbetrekkingtotdevries-dooimechanismenvan beton; mogelijkheid tot fragmenteren?'; afstudeeronderzoek TH-Eindhoven, afdelingBouwkunde, 19793. R.Hochstetter, 'The pore structure of some building materials and their resistance against thecombined attack offrost and saltsolutions'; Pre. ofthe International RILEM/IUPAC Symposium,Prague, Sept. 18-21, 1973, Part IV, blz. F-514 R.M.Latanision, J.T.Fourie, 'Surface effectsin crysal plasticity', Noordhof, Leiden 19775. A.R.C.Westwood, Tewksbury lecture: Control and application of environment - sensitivefacture processes -Journalof Material Science 9(1974) p. 18716. A.T.F.Neerhoff, Voortgangsrapport betreffende het intra-afdelingsproject: 'Recycling onder-zoek'; Energetisch voordeliger fragmentatie van beton voor recyclingdoeleinden; Laborato-rium Materiaalkunde TH-Eindhoven, afdeling Bouwkunde, Intern rapport ML 79-4, augustus19797. Etude de la d?montabilit? des structures industrialis?es; Rapport nr. 238/7-'79 du Laboratoirede G?nie Civil, Universit? Catholique de Louvain,f?vrier 1979+CEllUlES DECHARGE+8Cement XXXII (1980) nr.4 218