Meer dan 30 miljard ton. Zo veel beton werd er vorig jaar wereldwijd gebruikt. Daarmee is beton het meest gebruikte materiaal ter wereld. En dat gebruik groeit nog altijd. Dat is niet onbelangrijk, want de milieu- en klimaatimpact van beton is groot: bij de productie komen enorme hoeveelheden CO₂ vrij. Was de betonindustrie een land, dan kon het zich qua broeikasuitstoot meten met China en de Verenigde Staten. 

Verduurzaming kan op verschillende manieren. Je kunt bijvoorbeeld minder vervuilende bindstoffen gebruiken, of beton slimmer wapenen zodat je er minder van nodig hebt (zie kader onderaan). Een andere aanpak is beton beter bestand maken tegen de tand des tijds, zodat je het minder snel hoeft te repareren of te vervangen. Dat kan bijvoorbeeld met zelfhelend beton. Dat herstelt zichzelf door scheuren en barsten weer op te vullen, zowel binnenin als aan het oppervlak. Daardoor kunnen water, CO₂, maar ook chloriden uit strooizout of zeewater minder makkelijk insijpelen en bijvoorbeeld de wapening aantasten. 

Betonrot 

‘We weten al ruim honderd jaar dat er een probleem is met beton’, vertelt Hubert Rahier, hoogleraar chemie en materiaalkunde aan de Vrije Universiteit Brussel (VUB). ‘Dat werd gauw duidelijk toen begin vorige eeuw de eerste betonnen constructies werden gebouwd. Er dook al snel betonrot op, een gevolg van corrosie aan de wapening, die daardoor gaat uitzetten. Daardoor ontstaan barsten, en die stellen het beton nog meer bloot aan schadelijke omgevingselementen.’ Hierdoor slaat het basische milieu binnenin het beton om naar een zuurdere omgeving. Vooral rond de wapening is dit nefast, waar de pH-waarde idealiter boven de 9 ligt om roest zo veel mogelijk te vermijden.

Zelfhelend beton kan dit voorkomen – al maakt Rahier hierbij meteen een kanttekening. ‘Eigenlijk is ook gewoon beton al zelfhelend. Heel kleine scheurtjes worden vanzelf gedicht, juist mede onder invloed van insijpelend vocht. Het water triggert immers de vorming van calciumcarbonaat [kalksteen, red.], ook doordat er in uitgehard beton altijd wel cementkorrels overblijven die nog niet gereageerd hebben.’ Dit ‘natuurlijke’ zelfhelende karakter van beton blijft beperkt tot kleine, dunne scheurtjes, tot pakweg 0,2 millimeter breed. Universiteiten en onderzoeksinstellingen, waaronder de VUB, werken aan manieren om ook veel grotere scheuren en barsten te dichten – en dan liefst decennialang. Een nog vrij nieuwe manier om beton zelfhelend te maken, is door er levende micro-organismen aan toe te voegen. Dat onderzoekt Aurélie Van Wylick, doctoraatsstudent aan de VUB, onder meer in de groep van Rahier. Zij ontwikkelt ‘schimmelbeton’ door sporen van schimmels – hun ‘zaadjes’, die in slaaptoestand kunnen gaan en zo langdurig extreme omstandigheden kunnen overleven – in een betonmix te verwerken.  

Kalksteen 

Als er in het gestorte en uitgeharde beton ooit scheuren ontstaan, zouden intrekkende lucht, vocht en andere stoffen de sporen doen ontkiemen, zo is het idee. De schimmels zouden uitgroeien en zich een weg banen langsheen de scheuren. Op de schimmeldraden zou dan kalksteen neerslaan, weer onder invloed van lucht en vocht. Dit proces is deels hetzelfde als dat van hierboven, dat gewoon beton al voor een deel zelfhelend maakt – met dat verschil dat sommige schimmels ook zelf kalk aanmaken. Door de aanwezigheid van de schimmeldraden en de kalk die ze uitscheiden, krijgt het spontane dichtingsproces dus een flink duwtje in de rug, waardoor grotere leemtes kunnen worden overbrugd en bredere scheuren kunnen worden weggewerkt dan in gewoon beton. Na de dichting zit het werk van de schimmel erop, maar vooraleer hij verdwijnt laat hij nog nieuwe sporen achter die op hun beurt in slaapfase gaan. Tot er weer een nieuwe barst ontstaat, waarna het helingsproces van voren af aan begint. 

Van Wylick werkt nog aan haar betonmix-met-schimmel en heeft het zelfhelende karakter van schimmelbeton dus nog niet kunnen testen. ‘Maar het idee wordt goed ondersteund door de vakliteratuur, en natuurlijk hebben we het voorbeeld van het zelfhelende bacteriebeton.’ Daarmee verwijst ze naar zelfhelend beton dat enkele jaren geleden al aan de TU Delft is ontwikkeld, en dat de Nederlandse uitvinders momenteel pogen te vermarkten via een spin-off. Ook daarbij worden sporen gebruikt: die van bacteriën. Een ook deze ‘betonbacteriën’ maken kalk aan waarmee barstjes worden gedicht. ‘Maar schimmels maken veel meer biomassa aan dan bacteriën’, zegt Van Wylick. ‘Ze woekeren ook veel meer, doordat ze grote netwerken van schimmeldraden vormen.’ Waar bacteriën in beton scheurtjes tot een millimeter breed kunnen overbruggen, kunnen schimmels hier in principe ver overgaan. 

Capsules 

De Brusselse doctoraatsstudente heeft al enkele potentiële ‘betonschimmels’ op het oog. Het gaat om niet-pathogene soorten die goed gedijen in basische milieus en wel tegen een stootje kunnen. In de natuur komen ze onder meer voor in kalksteengrotten, waar de omgeving doorgaans heel basisch is. Een thesisstudent verzamelde daar voor Van Wylick enkele interessante soorten. Nu komt het erop aan de schimmels zo in de betonmix te verwerken dat ze daarin goed kunnen overleven en zich voortplanten. ‘We denken aan biologisch afbreekbare capsules, die tijdens het mixen intact blijven en die pas later onder invloed van lucht en vocht afbreken. Dan komen er schimmelsporen en voedingsstoffen vrij.’ Als volgend jaar haar doctoraatsonderzoek afloopt, hoopt Van Wylick enkele capsules met schimmels klaar te hebben voor gebruik. In eventueel vervolgonderzoek zouden dan de eerste teststalen van schimmelbeton gemixt en gegoten kunnen worden. En dan moet blijken of het schimmelbeton inderdaad de verwachtingen kan waarmaken, en of er geen negatieve bijwerkingen optreden – zal de schimmel bijvoorbeeld niet naar buiten treden en het oppervlak ontsieren? 

Helaas vraagt zo’n vervolgonderzoek veel tijd, want de natuurlijke verwering en aantasting van beton kan niet zomaar worden versneld in het labo. Bovendien vinden innovaties in de bouwnijverheid doorgaans maar moeilijk hun weg naar brede toepassing. Rahier: ‘Misschien dat het schimmelbeton eerst vooral zijn toepassing kan vinden in een hoogwaardige nichetoepassing, bijvoorbeeld als prefabbeton. Als de voordelen ervan dan duidelijk zijn, zullen bouwbedrijven en architecten zich wellicht makkelijker laten overtuigen.’