20 thema Circulair beton heeft meerdere levens 1 Maximaliseren waarde beton door flexibiliteit en aanpasbaarheid thema Circulair beton heeft meerdere levens 4 2018 21 Een belangrijke stap in duurzaamheid is circulair materiaalge- bruik, ofwel hergebruik van schaarser wordende grondstoffen. Veel gebouwen of gebouwonderdelen zijn technisch nog prima, maar als er met geen mogelijkheid een huurder is te vinden voor het pand, komt sloop in aanmerking. Dit doordat het op de verkeerde plek staat, niet aanpasbaar is of de installatie geda- teerd is. Een tweede of zelfs derde leven kan echter vanuit een circulaire economie interessant worden, zeker wanneer grondstoffen schaarser worden en daardoor waardevoller.   Belangrijk is dus de vraag hoe beton circulair kan worden ingezet in het gebouwontwerp en wat er moet gebeuren om de waarde van betonconstructies te behouden, maar zeker ook te benutten in de circulaire economie (foto. 1).     Verschillende niveaus van circulariteit beton In het hergebruik van de aanwezige grondstoffen in de bestaande gebouwenvoorraad zijn vier niveaus te onderschei- den, namelijk: gebouw-, component-, element- en materiaal- niveau (fig. 2). Een component hierin is samengesteld uit verschillende elementen.    Voor hergebruik geldt daarbij dat hoe dichter je bij de kern van de bestaande betonconstructie blijft, des te meer waarde er behouden blijft en des te geringer de milieu-impact is. In de circulaire economie wordt immers gestreefd naar een maxima- lisatie van herbruikbaarheid van producten en grondstoffen en een minimalisatie van waardevernietiging. Dit vraagt een andere ontwerpbenadering en keuzen dan in de hedendaagse praktijk gebeurt.     Circulair beton in de praktijk Tweede leven gebouwen Mooie en interessante praktijkvoorbeelden van een tweede leven zijn transformaties van gebouwen waarbij het pand een geheel nieuwe functie krijgt. De technische levensduur, opbouw van de draagstructuur en capaciteit van het betonske- let zijn bepalend of het skelet geschikt is voor een volgend leven. Om daar meer over te weten, is vaak onderzoek nodig. Met non-destructief onderzoek, zoals dekkingsmetingen, terugslaghamermetingen, ultrasone metingen, drukproeven op boorkernen, carbonatiedieptemeting, vloerwaterpassing en archiefonderzoek wordt vaak een quickscan gedaan. Met dit onderzoek kan een zorgvuldige afweging voor nieuwe investe- ringen worden gemaakt. Hierbij kan een mogelijke monumen- tale status ook waarde vertegenwoordigen.   Nieuwbouw Ook bij nieuwbouw kan rekening worden gehouden met moge- lijke tweede levens van gebouwen. Vooraf dienen dan bewust keuzen met de opdrachtgever te worden gemaakt of en hoe in de gebouwontwerpen toekomstmogelijkheden worden vergroot door de draagstructuur te ontwerpen op flexibiliteit (sparings- ir. Ronald Wenting, ir. Lonneke van Haalen, ing. Theo van Wolfwinkel, ir. Frank Hofmans ABT Eline Dolkemade 1) 1 Wat is de waarde van beton in de circulaire economie? (foto meelfabriek Leiden) 2 Cirkels met circulariteitsniveaus beton 1) Eline Dolkemade is masterstudent Structural Design aan de TU Eindhoven en bij ABT aan het afstuderen op een onderzoek naar hergebruik van betonnen vloerelementen in nieuwbouw. 4 materialen 3 elementen 2 componenten 1 gebouw Om de stap naar milieuneutrale gebouwen te maken, verschuift de focus steeds meer van het beperken van energiegebruik naar het minimalise - ren van de milieubelasting van toegepaste materia- len. De uitdaging hierbij is het slimmer ontwerpen van gebouwen door van minder grondstoffen gebruik te maken, het bewuster afstemmen van het ontwerp op de gewenste levensduur en meer en beter hergebruik van bestaande gebouwen of bestaande gebouwonderdelen. 2 Circulair beton heeft meerdere levens 4 2018 223 De waarde van beton neemt toe bij toenemende flexibiliteit en aanpasbaarheid Praktijkvoorbeelden circulair beton In het kader 'Projectvoorbeelden' zijn praktijkvoorbeelden weer - gegeven van de wijze waarop ABT circulair beton op verschil- lende circulariteitsniveaus in zijn projecten toepast. Wat opvalt, is dat het aantal voorbeelden van hergebruik van beton zowel op gebouwniveau als materiaalniveau ruim voorhanden is. Het aantal projectvoorbeelden van hergebruik op component- en elementniveau is daarentegen beperkt. In tegenstelling tot bijvoorbeeld een staalconstructie waarin het werken met halffa- bricaten kansrijk is in een circulaire economie. Echter, het hergebruik van betonnen constructiedelen op zowel component- als elementniveau is juist interessant om de waarde van deze betonnen delen maximaal te behouden en niet te vernietigen (fig. 3). Sloop betekent in dit geval toch vaak te vroegtijdig afscheid nemen van een element dat in gunstige milieucondities wel 200 jaar mee kan. Dit betekent verspilling van grondstoffen (cement, zand en grind), energie en transport voor slopen, maar ook het vrijkomen van schadelijk stof bij sloop en geluidshinder.     Waarom komt circulair beton op component- en elementniveau niet los? Hoewel het logisch klinkt dat hergebruik van betonelementen financieel voordeliger is en grondstofuitputting voorkomt, loont dit voor beton op dit moment nog niet. Beton is nog te goedkoop en de grondstoffen worden nog niet als schaars ervaren. Omdat beton geen homogeen materiaal is, maar door de wapening hybride, kunnen de elementen niet ? zoals bij staal en hout ? eenvoudig worden ingekort en vervolgens weer voor verschillende toepassingen worden hergebruikt. Integen - deel: betonelementen zijn over het algemeen situatiespecifiek doordat de wapening van het specifieke constructiedeel, vaak net afdoende, wordt bepaald op het optredende krachtenspel en de aanwezige randvoorwaarden in die situatie. Hierdoor wordt hergebruik van betonelementen in een andere situatie en het afstemmen van vraag en aanbod ingewikkelder. Voor componenten, zoals een sandwichgevelpaneel, geldt ook nog dat de bouwkundige eisen steeds strenger worden. Als het betonnen deel van het paneel al naar behoren is voor een ander project, is het nog maar de vraag of de isolatie of daglichttoe- treding nog wel voldoet.   Standaardisatie van betonelementen zou technisch en financi- eel gezien hergebruik aantrekkelijker kunnen maken. In de ideale circulaire bouwindustrie zou er ook een markt moeten zijn voor tweedehandsbouwelementen.   flexibiliteit, indelingsflexibiliteit, functieflexibiliteit) en het skelet adaptief vermogen mee te geven. Door bijvoorbeeld de verschillende bouwlagen met elk zijn eigen levenscyclus niet- geïntegreerd te detailleren, wordt voorkomen dat elementen met een korte levensduur worden geïntegreerd in lagen met een lange levensduur. Door deze manier van detailleren wordt voorkomen dat het geheel wordt afgedankt wanneer slechts een onderdeel moet worden vervangen in verband met het berei- ken van de technische levensduur.   Betongranulaat Op materiaalniveau biedt toepassing van betongranulaat moge- lijkheden. Vanaf de jaren negentig zijn er in ABT-contracten uitgangspunten opgenomen dat in onderdelen moet worden gewerkt met 40% betongranulaat als vervanger van toeslagma- teriaal. Technisch is dit goed mogelijk. Al in 1986 verscheen hierover een CUR-rapport; met CUR-Aanbeveling 112 uit 2014 werden de uitgangspunten voor toepassing vastgelegd. Toch is toepassing van betongranulaat in dergelijk hoge percentages nog steeds redelijk uniek. Vaak wordt de beschikbaarheid van geschikt granulaat, zonder vervuilingen, hiervoor als reden aangevoerd. Waarbij het verwerken in bijvoorbeeld puinbanen als fundering voor wegen een voor de markt aantrekkelijker alternatief is. Er zijn echter diverse goede voorbeelden van toepassing van granulaat. Hierbij wordt de kwaliteit van het granulaat goed geborgd. Vanuit onze ervaring zien we dat toepassing van betongranulaat vooral in de grotere hoeveelhe- den effectief is. Bij toepassing van granulaat wordt een meerprijs betaald. De doorbraak van circulariteit op materiaalniveau zal echt komen als we in staat zijn beton chemisch te scheiden in toeslagmaterialen en cement. De Smart Crusher zet een stap in die richting. 3 thema Circulair beton heeft meerdere levens 4 2018 23 Projectvoorbeelden niveau 1: gebouwniveau   Tricot in Winterswijk Het Tricot in Winterswijk (foto 4) is een oud monumentaal fabriekspand dat is getransformeerd naar een apparte- mentengebouw. De beschadigde betonconstructie is gestraald en met spuitbeton aangeheeld. De betongevel mocht niet worden aangetast in verband met de monu- mentale status. Omdat de betondekking in de gevel te weinig is, is een damp-open, carbonatieremmende coating toegepast als compensatie. De vloeren zijn versterkt met een 50 mm dikke, gewapende druklaag op de afwerklaag van de bestaande betonvloer. De hecht - sterkte en druksterkte van de afwerklaag zijn getoetst en bleken gelijkwaardig met de betonvloer, waardoor de afwerklaag niet verwijderd hoefde te worden.   026-gebouw in Arnhem Bij het 026-gebouw in Arnhem (foto 5) is het gebouw getransformeerd van bibliotheek naar kantoren en winkels. Waar meer capaciteit van de vloeren noodzakelijk was, is de vloer versterkt met koolstofvezellijmwapening.   Bijenkorf in Amsterdam Bij de renovatie van de Bijenkorf in Amsterdam (foto6) was het de wens het winkelpand aan te passen naar de hedendaagse standaarden voor retail en is extra flexibili- teit ingebouwd om retailmogelijkheden te vergroten. Door het inbrengen van een stalen versterkingsconstruc - tie is de capaciteit van de bestaande draagconstructie verhoogd en kan het pand weer jaren mee.   Zonnestraal Bij de renovatie van Zonnestraal (foto 7) is het slechte skelet waar mogelijk hersteld. In de dakvloer was veel chlorideschade zichtbaar. Bij dergelijke schade kan de wapening doorgeroest zijn en is herstel niet mogelijk. Het bestaande dak is daarom verwijderd en een nieuwe dakvloer is aangebracht. 4 Transformatie Tricot Winterswijk 5 Transformatie 026-gebouw Arnhem 6 Renovatie Bijenkorf Amsterdam 7 Renovatie zonnestraal Hilversum 4 5 6 7 Circulair beton heeft meerdere levens 4 2018 248 De Bijlmerbajes 9 Dubbelbladige betonnen schil 10 Bij het verbouwen van de Artillerie is de kelder intact gebleven Projectvoorbeelden niveau 2: componentniveau Bijlmerbajes Bij de marktconsultatie voor de herbestemming van de Penitenti- aire Inrichting Over Amstel (Bijlmerbajes, foto 8 en fig. 9) zijn de mogelijkheden en beperkingen van de draagconstructie en de gebouwschil onderzocht. De potentie van de draagstructuur van het complex bleek beperkt. De ontwerpvrijheid was gering, ener - zijds door een beperkte opgelegde belasting en anderzijds door de beperkte ruimtelijk functionele mogelijkheden vanwege de leidende 'cellen'-structuur. Een groot deel van de gevel is uitgevoerd als elementgevel. De in de jaren zeventig gebouwde prefab component bestond uit een samengevoegd dubbelbladige betonnen schil met enige isolatie en een raamsparing met glas. De gevel is geen onderdeel van de hoofddraagstructuur. De componenten zijn gestapeld gemon- teerd en steunen op de constructieve vloeren. Binnen- en buiten- blad zijn gekoppeld zonder gebruik van koudebrugonderbreking. De stalen kozijnprofielen lijken als bekistingsprofiel te zijn geïnte - greerd. Ook dit element vormt een koudebrug. Voor een nieuwe gebruiksperiode is het wenselijk de energetische prestatie van de gevel aan te passen naar de huidige maatstaven. De opbouw en detaillering bieden hier echter weinig ruimte voor. Daarnaast is door de wijze van verankering van binnen- aan buitenblad het vergroten van de raamsparing in dit element niet mogelijk. Kortom, hergebruik van dit component in de huidige setting beperkt de ontwerpvrijheid. Desalniettemin is het winnende consortium voornemens om 98% van het beschikbare materiaal her te gebruiken. In het prijsvraagontwerp is voorgesteld deze gevelcomponenten in te zetten in nieuwe studen- tenwoningen. Mooi om te zien dat in een competitie van een ambiti- eus project waarin circulariteit substantieel wordt gewaardeerd, partijen zich inzetten om gebouwcomponenten her te gebruiken. Kantoor de Artillerie in Den Haag Bij de verbouwing van het kantoor de Artillerie aan de Nieuwe Uitleg in Den Haag is alleen de kelder van het bestaande gebouw intact gebleven (foto 10). Het oorspronkelijke bouwvolume op de kelder, robuust metselwerk met drie bouwlagen met houten vloeren, is vervangen door een volume met vijf bouwlagen in kanaalplaatvloeren met een overspanning tot 14 m. De capacitei- ten en conditie van de fundering zijn bepaald onder meer door een gewichtsberekening te maken en een vloervlakheidsmeting uit te voeren. Omdat het bouwvolume op de kelder groter is geworden, zijn er extra palen toegevoegd voor meer funderings- capaciteit. In plaats van sloop heeft de kelderconstructie hiermee een nieuw leven gekregen. thema 8 9 10 Circulair beton heeft meerdere levens 4 2018 25 11 Durisol-dakplaten met wapeningsgootjes 12 Technische beproeving Durisol-dakplaten Demontabel bouwen Om elementen of componenten te hergebruiken, moeten ze eenvoudig uit een gebouw kunnen worden onttrokken en dus demontabel zijn. In de jaren tachtig waren er verschillende bouwsystemen met standaardbetonelementen en stramienen om modulair scholen en kantoren te bouwen. Deze konden eenvoudig worden gemonteerd, uitgebreid, gedemonteerd of verplaatst. Later was men die eenheid beu en werd er meer architectuur verwerkt in deze gebouwen, waardoor de meeste van deze systemen niet meer bestaan.   In CUR-rapport 135 'Demontabel bouwen' uit 1990 werd dezelfde constatering gedaan als nu: demontabel bouwen zou de oplossing kunnen zijn voor besparing van energie en grond- stoffengebruik, het beperken van geluids- en stofoverlast bij slopen, en het verminderen van afvalstoffen. Het demontabel bouwen werd gestimuleerd met het Industrieel, Flexibel, en Demontabel bouwen programma (IFD) eind jaren negentig, maar heeft weinig vervolg gekregen. Hergebruik van betonele- menten wordt in CUR-rapport 135 al beschouwd als mogelijk, indien de markt er behoefte aan zou hebben. Is het in de circu- laire economie dan nu zover?     Sluiten van kringlopen op hoogwaardige wijze Om de kringlopen van beton op een hoogwaardige manier te sluiten en de levensduur te verlengen, moeten stappen worden gezet die circulair beton interessant maken. Een transitie naar circulair beton vergt actie in de hele keten, van het duurzaam winnen van grondstoffen tot het moment dat afval ontstaat. Hierbij wordt de nodige creativiteit gevraagd. Maatregelen in de goede richting hiervoor zijn: ? Accijnsheffing op het delven van grondstoffen ter compensa- tie van schadelijke milieueffecten. ? Registreren van gebouw- en productdata, zodat kenmerken en eigenschappen van toegepaste constructieonderdelen vast - Projectvoorbeelden niveau 3: elementniveau (hergebruik van Durisol-dakplaten) Durisol-dakplaten Bij de grootschalige renovatie van een gebouw uit de jaren zeven- tig was het dak voorzien van Durisol-dakplaten. Deze Durisol- dakplaten zijn opgebouwd uit houtvezelbeton met daarin opge - nomen drie met beton omhulde hoofdwapeningsstaven, zoge - noemde 'wapeningsgootjes' (fig. 11). In het ontwerpproces is de vraag gesteld in hoeverre de dakplaten herbruikbaar zijn voor de voorgestelde exploitatieperiode. Volgens de leverancier van de dakelementen zijn de dakplaten herbruik - baar indien er: ? geen gebreken aanwezig zijn; ? geen sparingen op oneigenlijke plekken zijn gemaakt; ? geen langdurige lekkage heeft opgetreden. Lekkagesporen waren aanwezig in de dakplaten. Langdurige lekkage bleek echter een criterium dat op basis van visuele waar - neming lastig te kwalificeren was. De uitvoerende partij wilde hierbij geen verantwoordelijkheid nemen. Tijdens de uitvoering is besloten om platen met verschillende mate van lekkagesporen te demonteren en te beproeven. De platen zijn beproefd met een vierpuntsbuigproef en met een valgewichtdeflectiemeter (foto 12). Het doel van deze valgewichtdeflectiemeting was om de stijfheid van de ondergrond te meten. Met dit meetapparaat wordt normaal gesproken de grondslag voor een fundering op staal gemeten. Nu is onderzocht of er een verband is tussen de mate van lekkage en de stijfheid van de plaat. Hiermee kan een conclu- sie worden getrokken over de samenhang van de cementgebon- den houtvezels onder invloed van lekkage, wat bepalend is voor de capaciteit van de plaat. Uit deze technische onderzoeken bleken de platen meer dan voldoende restcapaciteit te hebben. De dwarskracht bleek hierbij het bepalende bezwijkmechanisme. De testresultaten lieten een unity-check in de nieuwe situatie zien van 0,45. De technische onderzoeken gaven voldoende vertrouwen om de niet-beproefde dakplaten te laten liggen en opnieuw in te zetten als dakvloer. 12 11 Circulair beton heeft meerdere levens 4 2018 2613 Toepassing van 30% betonpuingranulaat in onderwaterbetonvloer NU.VU liggen (materialenpaspoort). Het labelen van deze onderde- len en voorzien van een barcode met koppeling naar een BIM-model borgt de informatie voor stimulering van eventu- eel toekomstig hergebruik. ? Bij elkaar brengen van vraag en aanbod van gebruikte onder - delen via een marktplaats. ? Bewust vooraf rekening houden in het ontwerptraject op de tekentafel met wat er aan gebruikte betonnen onderdelen voorradig is. Opvallend bij succesvolle projecten waarbij betonelementen zijn hergebruikt, is dat er een nieuwe toepas- sing voor deze onderdelen was voordat deze werden gede - monteerd in gebouwen. ? Uitgaan van de basisfunctie van het element (function follows form). ? Ontwikkelen demontabele verbindingstechnieken waardoor bij sloop onderdelen gaaf kunnen worden teruggewonnen. ? Stimuleren van circulariteit door opdrachtgevers door het centraal te stellen in nieuwe ambitieuze projecten. ? Inbouwen van flexibiliteit en adaptief vermogen, bijvoorbeeld door met een hogere belasting te rekenen, loze leidingen in te storten of voorzieningen op te nemen ten behoeve van sparin- gen. Hierdoor wordt de milieubelasting over meerdere jaren verdeeld en wordt de waarde van beton maximaal behouden.     Toekomst circulair beton Beton kan de komende decennia volop mee in de ontwikkelin- gen naar een duurzame economie. Het is hiervoor wel noodza- kelijk dat het materiaal zelf, de omgang met en de toepassing van beton zich doorontwikkelen. Het winnen van nieuwe grondstoffen voor beton zal in de circulaire economie steeds meer onder druk komen te staan. Bewustwording hiervan is een must. Met beton kun je naar behoefte flexibele, adaptieve en creatieve ontwerpen realiseren. Het materiaal heeft een lange levensduur en daar zou in het ontwerp meer rekening mee moeten worden gehouden. Dit wordt nu nog niet altijd gedaan. Veel betonconstructies worden voordat de technische levensduur is bereikt, gesloopt en verdwijnen daarna in de verpulveraar en vervolgens onder het asfalt. In de circulaire economie vraagt dit om een andere ziens- en handelswijze. Gebouweigenaren moeten de potentie van bestaande gebouwonderdelen niet alleen vanuit hun eigen huis- vestingsperspectief beschouwen, maar moeten gaan handelen vanuit een duurzame circulaire economie. Ingenieurs moeten de potentie van het materiaal met al zijn details verder ontwikkelen. En ontwerpers moeten het gebouwontwerp zodanig inrichten dat het gebouw of een constructiedeel aanpasbaar is aan nieuwe functies of in nieuwe toepassingen. Zodanig dat het beton zich kan aanpassen aan veranderende omstandigheden en behoeften. Alleen dan wordt beton optimaal circulair! ? Projectvoorbeelden niveau 4: materiaalniveau Met de toepassing van 30% granulaat is de onderwaterbeton- vloer van de kelder van het project NU.VU een mooi voorbeeld van hergebruik op niveau 4 (foto 13). Met de betonleveranciers en aannemer werden proeven gedaan om de specifieke eigen- schappen van onderwaterbeton te onderzoeken. Voor een opti- maal vloeigedrag werd gekozen voor de toepassing van granu- laat met een fractie van 4-22 mm. Daarnaast vormde de logistiek een uitdaging in de productie van 6800 m 3 onderwaterbeton. Ontwerptechnisch gezien is geconcludeerd dat toepassing van betongranulaat vooral in de grotere volumes interessant is. De impact van kleinere elementen als kolommen is überhaupt beperkt, daarnaast worden aan specials als bedrijfsvloeren in bijvoorbeeld schoonbeton hogere eisen gesteld aan de kwaliteit van de mortel. Bij deze toepassingen zijn goed vooronderzoek en het uitvoeren van proeven gedurende de voorbereiding noodzakelijk. Toepassen van betongranulaat is wel circulair, maar leidt niet altijd tot de kleinste milieu-impact. Met de toepassing van granu- laat neemt de waterbehoefte in het mengsel vaak toe en is er veelal meer cement nodig, waardoor de milieu-impact toeneemt. In het voorbeeld van NU.VU helpt de toepassing van granulaat in het behalen van een hoge BREEAM-score, maar geeft een geïnte - greerde hybride onderwatervloer of het werken met een 90-daagse sterkte een veel grotere milieuwinst. Dit pleit ervoor om eerst te optimaliseren in ontwerp en cementreductie en in tweede instantie pas granulaat toe te passen. 13 thema Circulair beton heeft meerdere levens 4 2018