Klinkerefficiënt cement met kalksteenmeel in opkomst

Binnen de bouwsector groeit de behoefte aan duurzame materialen met een lager CO2-profiel. In dat kader wordt er steeds gezocht naar samenstellingen van cement die daaraan kunnen voldoen. In klinkerefficiënte cementen wordt een deel van de portlandcementklinker vervangen door bestanddelen die bijdragen aan de sterkteontwikkeling tijdens verharden van het beton, maar met een lagere milieu-impact.

In Nederland wordt veel hoogovencement CEM III toegepast, waarbij hoogovenslakken een (groot) deel van de klinker vervangen. Dit cement heeft een tragere sterkteontwikkeling en kent daardoor, vooral bij hogere slakgehaltes, beperkingen in bijvoorbeeld de prefab industrie. Daarnaast is door duurzame ontwikkelingen in de staalindustrie de beschikbaarheid van hoogovenslakken in de toekomst onzeker. Daarom blijft de cementindustrie innovatieve stappen zetten richting duurzaam cement, zoals met het toepassen van CO2-arme hoofdbestanddelen als kalksteenmeel in portlandcomposietcement CEM II.

Cementen die naast portlandcementklinker meerdere andere hoofdcomponenten combineren ter vervanging van klinker worden in de Europese cementnorm EN 197-5 geclassificeerd als CEM II/C-M cementen.

CEM II/C-M is een type portlandcomposietcement waarin 36 tot 50% van het portlandcementklinker is vervangen door een combinatie van twee of meer andere hoofdbestanddelen. Veelgebruikte grondstoffen zijn kalksteenmeel (LL), hoogovenslak (S) en vliegas (V). Deze samenstelling resulteert in een cement met aanzienlijk lagere CO2-uitstoot tijdens de productie, doordat klinker het meest CO2-intensieve bestanddeel van cement is.

Pilot project waarbij in de fundering CEM-II/C-M cement in het beton wordt toegepast (foto: Tramira)

Momenteel zijn CEM II/C-M-cementen volgens de betonnorm NEN-EN 206+2A en NEN 8005 nog niet algemeen toegestaan in alle milieuklassen; met name de vorst-dooi-klassen (XF2 en XF4) kennen beperkingen.

In Duitsland is de situatie inmiddels verder gevorderd. Sinds 2021 zijn CEM II/C-M-cementen beschikbaar. Deze cementen mogen volgens DIN 1045-2:08-2023 in alle milieuklassen behalve XF2, XF3 en XF4 toegepast worden. Inmiddels is voor meerdere cementen van het type CEM II/C-M via het bouwtechnisch instituut (DIBt) een algemene bouwtoelating (Zulassung) afgegeven voor toepassing in alle XF-klassen. In sommige gevallen is deze toelating gekoppeld aan een aangepaste eis voor de water-cementfactor (wcf), die kan afwijken van de normgrenzen zoals die in Duitsland zijn vastgelegd in DIN 1045-2.

In Nederland kan de geschiktheid voor toepassing worden aangetoond door middel van onderzoek volgens CROW-CUR Aanbeveling 48.

De samenstelling van een cement bepaalt voor een groot deel de eigenschappen van het beton dat ermee gemaakt wordt; onder ander de verwerkbaarheid, de bindtijd en de ontwikkeling van de druksterkte over de tijd. In het Betoniek artikel Duurzame betonsoorten – CEM II/C-M-cementen in de praktijk, geschreven door Werner Remarque wordt dieper ingegaan op de specifieke eigenschappen van dit type cement en meetresultaten bij een pilotproject waarbij dit cement wordt toegepast in beton voor funderingen voor windmolens en hoogspanningsmasten.

In Duitsland worden inmiddels een aantal projecten gerealiseerd waar dit type cement wordt toegepast. Een vaak toegepast cement is CEM II/C-M (S-LL) 42,5 N, waarbij de aanduiding tussen haakjes de hoofdcomponenten van het cement aangeeft; S staat hier voor hoogovenslak en LL voor kalksteenmeel.

Kliniken des Landkreises Lörrach GmbH – Opdrachtgever
a|sh architekten – Architect
Ed. Zueblin – Uitvoering
Dyckerhoff – Cement
2021 – Start bouw
2025 – Oplevering
Daniel Wanders, visualisatie a|sh architecten – Beeld

In het Zuid-Duitse Lörrach is een nieuw centraal ziekenhuis gerealiseerd met 68.000 m³ beton. Bovenop de kelder is een tweelaags gebouw met polikliniek en operatiekamers gerealiseerd. De beddenhuizen staan daarbovenop als vingers die uitreiken naar licht en lucht rondom een centrale daktuin.

Voor het project is gebruikgemaakt van CEM II/C-M (S-LL) 42.5 N cement, waarbij tot 50% van de klinker is vervangen door kalksteenmeel en hoogovenslak. Dit cement werd onder meer toegepast in 6.000 m³ C30/37 beton met consistentieklasse F4, specifiek voor waterdichte kelderconstructies. Dankzij de lage hydratatiewarmte en trage sterkteontwikkeling bleek het uitermate geschikt voor dikke betonelementen. De beperking van de scheurwijdte en de lage waterdoorlatendheid konden zeer goed worden bereikt met het CEM II/C-M-cement. Een tweede cementtype op basis van kalksteenmeel en vliegas CEM II/B-M (V-LL) 42.5 N werd ingezet voor bovengrondse betonconstructies.

Levi Strauss & Co. – Opdrachtgever
DELTA Development Group – Projectontwikkelaar
Quadrant4 – Architect
FW Meier – Uitvoering
Dyckerhoff – Cement
2021 – Start bouw
2024 – Oplevering
Quadrant4 – Beeld

In Dorsten, Duitsland, is voor Levi Strauss & Co. een duurzaam distributiecentrum met kantoren gebouwd, ontworpen volgens het Cradle-to-Cradle-principe. Hier werd circa 12.000 m³ beton toegepast, met sterkteklassen van C20/25 tot C45/55 voor de fundering en onderste bouwlagen. Ongeveer de helft van het betonvolume werd geproduceerd met CEM II/C-M (S-LL) 42.5 N cement. De overige betonvolumes werden geproduceerd met CEM III/A 42,5 N cement, waarin een groot aandeel klinker is vervangen door hoogovenslak.

Deutsche Invest Immobilien AG – Opdrachtgever
 Stefan Forster Architekten – Architect
weisenburger bau – Uitvoering
Dyckerhoff – Cement
2022 – Start bouw
2025 – Oplevering
weisenburger bau GmbH, visualisatie Dena Khan – Beeld

Op een voormalige industriële locatie verrijst een nieuwe woonwijk met 871 woningen. Naast de vier gebouwen, elk met acht zeslaagse woonblokken, in de vorm van kleine bouwvolumes, worden er ook tweelaagse stadswoningen en commerciële ruimtes, een kinderdagverblijf en een grote ondergrondse parkeergarage gerealiseerd.

Alleen al op bouwlocatie C, een appartementencomplex van 195 woningen met ondergrondse parkeergarage, werd 17.000 m³ beton toegepast. De toegepaste cementen zijn CEM III/A en CEM II/C-M (S-LL). De cementen zijn toegepast voor beton in funderingen, vloeren, kolommen en wanden.

Schloss Vollrads – Opdrachtgever
Juergen Fladung – Architect
Albert Weil – Uitvoering
Dyckerhoff – Cement
2022 – Start bouw
2024 – Oplevering
Albert Weil, Dyckerhoff – Beeld

Een bijzonder project is de bouw van een ultramoderne wijnkelder voor Schloss Vollrads, een van de oudste wijnhuizen ter wereld. Het gebouw vervangt de te krap geworden ruimte in het kastelencomplex zelf. De druiven worden in de nieuwe wijnhal verwerkt volgens het zwaartekrachtprincipe, een mildere methode die de wijnkwaliteit ten goede komt.

Circa 3.500 m³ beton werd ter plaatse gestort, met toepassing van CEM III/A voor de vloerplaten en CEM II/C-M (S-LL) voor overige elementen. De beton met deze cementen wordt geleverd met CSC-label goud. De combinatie van deze cementen sluit aan bij het duurzame karakter van het gebouw, dat 80% van de energiebehoefte van het hele kasteelcomplex zal dekken uit hernieuwbare bronnen.

De toepassing van klinkerefficiënte cementen zoals CEM II/C-M biedt voordelen op het gebied van duurzaamheid en CO2-reductie. Hoewel de toelating in sommige milieuklassen nog beperkt is, tonen bovenstaande projecten aan dat deze cementen technisch goed inzetbaar zijn en bijdragen aan de verduurzaming van de betonsector. Verdere ontwikkeling en onderzoek kunnen bijdragen aan bredere toepassing binnen Nederland.