O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB eto nte ch n o l o g i eSchoon beton kent veel verschij-ningsvormen. Door gebruik temaken van de plastische eigen-schappen van beton gedurende deverwerkingsfase behoren allerleivariaties in reli?f, kleur en textuurtot de mogelijkheden. In het kadervan dit artikel is het echter onmo-gelijk om alle technieken uitvoerigte beschrijven. CUR-Aanbeveling100 `Schoon beton' [1] onder-scheidt de typen schoon beton opbasis van:? bekist / niet-bekist betonopper-vlak;? met / zonder structuur;? bewerkt / niet bewerkt na ont-kisten.Dit leidt in principe tot acht typenschoon beton (niet elk type isbruikbaar / gangbaar):? bekist oppervlak- met structuur- bewerkt (foto 1)- niet bewerkt- zonder structuur- bewerkt- niet bewerkt? niet-bekist oppervlak- met structuur- bewerkt- niet bewerkt (komt nietvoor, kan eigenlijk niet)- zonder structuur- bewerkt- niet bewerktAndere verschijningsvormen dieook wel tot schoon beton wordengerekend betreffen prefab beton incombinatie met bijvoorbeeld kera-mische tegels of natuursteen enbetonnen stenen en blokken.K l a s s i e k e p r e v e n t i e -m a a t r e g e l e nZoals ook zichtbaar op foto 2 wor-den drie soorten vervuiling onder-scheiden [6]:? `witte' aanslag;? gemengde vervuiling;? `vuile' aanslag.Vervuiling wordt sterk be?nvloeddoor vocht en meer specifiek doorregenwater. Bij een `normaal' be-tonoppervlak dringt regenwatercement 2004 862Duurzaam schoon beton:hoe krijg je dat?prof.ir. N.A. Hendriks, TU Eindhoven Faculteit Bouwkunde/BDA GeveladviesB.V., Gorincheming. G.W. Verheij, BDA Geveladvies B.V., GorinchemHet imago van schoon beton is niet erg goed. Hoewel architecten als LeCorbusier en meer recent Koolhaas en Van Berkel hebben laten zien datschoon beton belangrijk kan bijdragen aan grote architectuur, is toch voor-al bekend dat schoon beton al na korte tijd erg vies kan worden. Deze ver-vuiling is het gevolg van vuilaanhechting en algaangroei. Er zijn diversemethoden bekend om de oppervlakte-eigenschappen te verbeteren en dezeeffecten te minimaliseren, maar de meeste hebben slechts een tijdelijk resul-taat of zijn kostbaar. Detaillering speelt eveneens een belangrijke rol, maargoede details alleen zijn niet genoeg om de problemen te elimineren. Dezesituatie is voor ENCI aanleiding geweest BDA Geveladvies B.V. opdracht tegeven voor een onderzoek naar de mogelijke technieken om duurzaamschoon beton te verkrijgen. In de eerste fase van dit onderzoek werd vastge-steld dat de ontwikkeling van zelfreinigend beton een veelbelovende optie is.Duurzaam zelfreinigend beton zou verkregen kunnen worden door eencombinatie van oppervlaktebehandeling met speciale polymeren en hetaanbrengen van een collo?dale oplossing van een bepaald type titanium-dioxide. Een vervolgonderzoek op basis van laboratoriumexperimenten isinmiddels gestart.1 |Gehakt beton (bekistoppervlak, met struc-tuur, bewerkt)O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBetonte chnologiemet daarin vuildeeltjes in de po-ri?n. Vervolgens hecht het vuilzich aan de poriewanden. Het vuilkan alleen door zeer intensief rei-nigen worden verwijderd, maar demeeste reinigingssystemen resul-teren voornamelijk in verdereerosie van het oppervlak. Wanneergeen aanvullende maatregelenworden genomen zal de vervuilingdes te sneller terugkeren.Maatregelen om vervuiling vanschoon-betonoppervlakken te ver-mijden of in ieder geval te beper-ken betreffen drie groepen: verla-ging van de oppervlakteporositeiten doorlaatbaarheid, bewerkingenen oppervlaktebehandeling.Verminderen oppervlakteporositeit enpermeabiliteitPorositeit is op zichzelf nietgenoeg om permeabiliteit totstand te brengen, maar vormt weleen essenti?le voorwaarde. Vooreen goede permeabiliteit is hetnoodzakelijk dat de pori?n onder-ling met elkaar zijn verbonden enook dat de pori?n niet erg nauwzijn. Nauwe doorgangen zorgenvoor een hoge weerstand tegendoorstroming en dus een lagedoorlaatbaarheid. Voor het makenvan duurzaam schoon beton is depermeabiliteit de belangrijkste ei-genschap, dat wil zeggen dat allemaatregelen om de permeabiliteitte verkleinen een verbetering be-tekenen van de duurzaamheid.Mogelijke maatregelen zijn:? het kiezen van een zo laag mo-gelijke water-cementfactor;? goed verdichten;? het kiezen van een cementsoorten toeslagstoffen die de dichtstmogelijke structuur geven.BewerkingenEen bekende bewerking is hetslijpen en polijsten van beton (foto3). Het uiterlijk van gepolijst na-tuursteen wordt met deze bewer-king dicht benaderd. Een geslepenbetonoppervlak is bovendien duur-zaam en onderhoudsarm. De be-werking is echter zeer arbeidsin-tensief en daarom duur.Een extreem glad oppervlak, even-tueel nog voorzien van een specialelak, voorkomt makkelijke aanhech-ting van vuil.OppervlaktebeschermsystemenDoor het impregneren van het be-tonoppervlak met polymeren kande permeabiliteit aanzienlijk gere-duceerd worden. De effecten vandeze polymeren kunnen zijn:? hydrofoob oppervlak;? gedeeltelijke of gehele afsluitingvan de oppervlaktepori?n;? volledige impregnering van hetmateriaal (foto 4).Twee soorten middelen wordengebruikt:1. Middelen die reageren met be-standdelen uit beton; deze mid-delen gaan een reactie aan metde kalk onder vorming vanslecht oplosbare zouten. Doorde reactieproducten wordt hetoppervlak versterkt en treedtminder stofvorming op. Alsactieve stoffen worden fluaten(fluor-siliciumverbindingen) encement 2004 8 632 |Verschillende typenvervuilingfoto: Staf Roels 20033 |Het polijsten van beton-nen gevelelementenfoto: Henk van der Veen,Maassluiswitte aanslaggemengde vervuilingvuile aanslagO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB eto nte ch n o l o g i ewaterglas (kalium- of natrium-silicaat) toegepast. In beide ge-vallen is de duurzaamheidbeperkt.2. Middelen die niet reagerenmet bestanddelen uit beton;dit betreft producten als kie-zelzuurverbindingen en kunst-harsen. Eenmaal ingedrongenin het materiaal worden dezepreparaten een vaste stof endichten ze zo de pori?n af.Een andere bekende behandelingis het gebruik van hydrofobeer-middelen zoals siliconen, siloxa-nen, silanen en siliconaten.Vanwege de (zeer) fijne pori?n-structuur van beton geven alleenproducten met relatief kleine mo-leculen een goede indringing.Goede resultaten kunnen wordenbehaald met siloxanen, silanen ensiliconaten. Siliconenharsen zijnniet erg geschikt voor beton. Bijhydrofobering worden de pori?nniet volledig afgesloten. Dit bete-kent dat ook damptransport moge-lijk blijft.V e r v u i l i n g e n ( z e l f ) -r e i n i g i n g s p r o c e s s e nEr zijn al diverse pogingen onder-nomen om "zelfreinigend" beton teontwikkelen. Hiervoor zijn in prin-cipe twee oplossingen voorhanden:? het sterk hydrofoob maken vanhet oppervlak (lotuseffect);? het sterk hydrofiel maken vanhet oppervlak (afspoeleffect).HydrofoobDe nieuwe techniek voor hetsuper-hydrofoob maken van be-tonoppervlakken is afgekeken vande lotusplant. Op het beton wordteen afwerklaag aangebracht meteen microstructuur die vergelijk-baar is met de oppervlakte vanhet lotusblad. De contacthoekvoor vuildeeltjes en water is daar-door extreem verminderd. Hetoppervlak wordt hierdoor super-hydrofoob. De afrollende water-druppels nemen de loszittendevuildeeltjes probleemloos mee(fig. 5).Het lotus-effect is door prof.dr.Wilhelm Barthlott, UniversiteitBonn, ontdekt. Op dit momentzijn alleen nog gekleurde coa-tings met het lotuseffect verkrijg-baar. Transparante systemen zijnop dit moment volop in ontwikke-ling.HydrofielTot nu toe is het gebruikelijk beton-oppervlakken te hydrofoberen ten-einde vervuiling zoveel mogelijk tebeperken. In het algemeen hebbendergelijke behandelingen echtergeen permanent karakter enmoeten zij na enige tijd wordenherhaald. Recent onderzoek [7]heeft laten zien dat bepaalde me-thoden om het oppervlak hydrofielte maken door gebruik van titani-umdioxide kunnen leiden tot zelf-reinigend beton met een aanzien-lijk langer durend effect.Wanneer titaniumdioxide wordtblootgesteld aan UV-licht, treedt fo-tokatalyse op. Fotokatalyse is eenoxidatieproces waarbij organischeverontreinigingen worden afgebro-ken onder invloed van UV-licht,water en zuurstof. In dit hete-rogene proces is TiO2de katalysa-tor, hetgeen betekent dat het weldeelneemt aan het chemischeproces, maar niet wordt afgebro-ken. De heterogene fotokatalysemet TiO2als katalysator leidt totvolledige mineralisatie van eencement 2004 864gedeeltelijk afgesloten volledig afgesloten door en doorge?mpregneerd5 |Schematische weergavevan het lotuseffect4 |Mogelijke resultaten vanimpregneringO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBetonte chnologiezeer groot gamma van organischeverbindingen. Het is zelfs moge-lijk bacteri?n en virussen af tebreken.Een essentieel aspect aan hetgebruik van titaniumdioxide is dathet met UV-licht bestraalde opper-vlak (dat TiO2bevat) hydrofiele ei-genschappen krijgt. Bij bestralingreageren de zuurstofatomen in hetoppervlak van de titaniumdioxide-kristalstructuur met waterdampdie in de lucht aanwezig is. Opdeze manier worden er OH-?ionen gebonden aan het opper-vlak. Deze hydroxielgroepen ver-groten de aantrekkingskracht vanwater tot het oppervlak en makenzo een dunne waterfilm op het op-pervlak mogelijk. Het oppervlak isdaarmee sterk hydrofiel geworden.Komt er water op een dergelijk op-pervlak, zoals bij regenval, danworden geen druppels gevormdmaar ontstaat een continue opper-vlaktefilm. Hierdoor hechten devervuilende deeltjes moeilijker aanhet oppervlak en worden ze ge-makkelijk weggespoeld. Een enander is weergegeven in figuur 6.Glasproducent Pilkington heeft in-middels volgens dit principe eentechniek ontwikkeld voor het ver-vaardigen van zelfreinigend glas.Het onderzoek van Berx en Roes[7] heeft laten zien dat toevoegingvan TiO2aan het betonmengselwel wat verbetering geeft, maardat het effect nog onvoldoende isen de methode niet erg effici?nt.Het grootste deel van het TiO2bevindt zich immers in het betonzelf en draagt niet bij aan de zelf-reinigende eigenschappen van hetoppervlak. Uit het onderzoek is ge-bleken dat in dat geval het TiO2-oppervlak nog te permeabel isvoor vuil.Verder onderzoekEen van de conclusies van de re-search is dat een succesvolleverdere ontwikkeling naar zelfrei-nigend beton kansrijk zou kunnenzijn door het betonoppervlak eerstte impregneren. Dit zou moetenmet een polymeer waarmee het op-pervlak volledig wordt gesloten(foto 4). Hierna zou een collo?daleoplossing van TiO2kunnenworden aangebracht. Deze enandere mogelijkheden worden on-derzocht in verder onderzoek datinmiddels is gestart in opdrachtvan ENCI, BFBN en een aantal toe-leveranciers. Bij dit onderzoekworden monsters van prefab beton,behandeld volgens verschillendemethoden, kunstmatig verouderdin speciaal aangepaste apparatuurvan BDA Keuringsinstituut B.V. Dekansrijke systemen die volgens ditverge- lijkende onderzoek wordengeselecteerd zullen verder wordenonderzocht in een buitenexpositieopstelling aan de Technische Uni-versiteit Eindhoven.C o n c l u s i e sDuurzaam zelfreinigend betonkan wellicht worden verkregendoor een combinatie van een op-pervlaktebehandeling met spe-ciale polymeren en het gebruikvan een titaniumdioxide collo?-dale oplossing. TiO2fungeert alseen fotokatalysator in een hydrofi-lerend proces dat resulteert in hetafspoelen van het vuil met regen-water. Verder onderzoek zalmoeten uitwijzen wat de bestecombinatie is van voorbehande-ling, polymeren en titanium-dioxide. L i t e r a t u u r1. CUR-Aanbeveling 100 `Schoonbeton - criteria voor de specifi-catie en beoordeling van be-tonoppervlakken'. CUR,Gouda, juni 2004.2. CUR/Betonvereniging-publica-tie 172, `Duurzaamheid en on-derhoud van betonconstruc-ties'. CUR, Gouda, januari1998.3. Wypych, G., Handbook of Ma-terial Weathering, 3rd Edition.Chem Tec Publishing,Toronto, New York, 2003.4. Hendriks, N.A., J. Sanders,Handboek Gevels. Ten Hagen& Stam, Den Haag, 1996.5. Hawes, F., The Weathering ofConcrete Buildings. Cementand Concrete Association,Wexham Springs, Slough,1986.6. Carmeliet, J., Multischaalbouwfysica ? van porie totmacroklimaat. Intreerede TUEindhoven, maart 2003.7. Berx, S., W. Roes, Fotokatalysein betonoppervlakken. Afstu-deerthesis, Katholieke Univer-siteit Leuven, 2002.8. Verheij, G.W., N.A. Hendriks,Vooronderzoek `Duurzaamschoon beton'. BDA rapport02-G-0157, mei 2003.9. Hendriks, N.A. Towards theDevelopment of SustainableExposed Concrete. Procee-dings 4th International Confe-rence on Concrete underSevere Conditions (Consec 04):Environment and Loading.Seoul, Korea, June 2004.cement 2004 8 65waterTiO - oppervlakvervuiling2TiO - oppervlak26 |Principe van het zelfrei-nigende proces op TiO2bevattende oppervlak-ken