Effecten van het aandeel staalslak op de prestaties van alkali-geactiveerd kolengruis-slak mortel

Afval omzetten in sterkere, groenere gebouwen

Moderne steden zijn afhankelijk van beton en mortel, maar de productie van traditioneel cement stoot grote hoeveelheden kooldioxide uit en de resulterende materialen kunnen na verloop van tijd barsten en krimpen. Deze studie onderzoekt een manier om beide problemen tegelijk aan te pakken: industrieel afval uit kolen- en staalproductie recyclen tot een nieuw type mortel dat niet alleen de uitstoot vermindert, maar ook sterker wordt en minder gevoelig is voor krimpen en scheuren.

Waarom scheuren een verborgen gevaar zijn

Veel milieuvriendelijke cementalternatieven, algemeen bekend als alkali-geactiveerde materialen, hebben indrukwekkende sterkte en duurzaamheid. Ze hebben echter vaak een belangrijk nadeel: ze krimpen meer dan gewoon portlandcement tijdens het drogen. Die krimp kan een netwerk van fijne scheurtjes veroorzaken. Na verloop van tijd laten die scheuren water en bijtende chemicaliën toe in wanden en funderingen, wat de veiligheid en levensduur van gebouwen ondermijnt. Het oplossen van dit probleem vereist meestal speciale additieven of strikte nabehandelingscondities, wat de kosten verhoogt en wijdverspreid gebruik beperkt.

Het een tweede leven geven aan staal- en kolenafval

De onderzoekers concentreerden zich op drie poederachtige bijproducten uit de zware industrie: staalslak uit de staalproductie, kolengruis uit de kolenmijnbouw en hoogovenslak uit de ijzerproductie. Deze materialen liggen vaak in enorme hopen, nemen ruimte in en vormen milieurisico’s. In dit onderzoek werd de hoogovenslak op de helft van de totale binder gehouden om de basissterkte te waarborgen, terwijl kolengruis geleidelijk werd vervangen door staalslak in verschillende verhoudingen. Met een alkalische vloeistof om het uitharden te activeren, werden deze poeders tot een mortel gemengd, in kleine blokjes gegoten en getest op vloei, sterkte en drogingskrimp, en vervolgens onderzocht met een reeks microscopen en chemische technieken.

De optimale hoeveelheid staalslak bepalen

De experimenten toonden aan dat het toevoegen van een zekere hoeveelheid staalslak de verwerkbaarheid van de verse mortel verbetert, waardoor het makkelijker in mallen te plaatsen is, en de sterkte op langere termijn aanzienlijk verhoogt. Wanneer 40% van het kolengruis werd vervangen door staalslak, nam de 28-daagse druksterkte met ongeveer 42% toe en bereikte meer dan 70 megapascals, terwijl de drogingskrimp met bijna 29% daalde vergeleken met mengsels zonder staalslak. Onder dit niveau waren de verbeteringen kleiner; erboven begon de prestatie te verslechteren. Bij 50% staalslak verloor de mortel sterkte en krimpte hij niet langer minder. De auteurs wijten deze terugval aan een tekort aan reactief silicium en aluminium, die essentiële bouwstenen zijn voor de bindingsgels die het materiaal bijeenhouden.

Wat er binnenin de uitgeharde mortel gebeurt

Om te begrijpen waarom 40% staalslak zo goed werkte, keek het team naar de uitgeharde mortel op microscopisch niveau. Zij vonden dat staalslak verandert hoe de interne structuur in de loop van de tijd zich ontwikkelt. Vroeg in het proces vertraagt het de reactie licht, waardoor het materiaal water vasthoudt en snelle droging vermindert. Later reageert het echter sterker en levert extra calcium aan het systeem. Dit leidt tot aanvullende gelachtige bindingsfasen en overvloedige naaldvormige kristallen genaamd ettringiet. Samen weven deze producten zich door het materiaal, vullen poriën op, verbinden de deeltjes en weerstaan vervorming. Metingen van de poregrootte bevestigden dat het optimale mengsel minder van de middelgrote poriën had die het meest verantwoordelijk zijn voor krimp, wat resulteert in een dichter, stabieler netwerk.

Van laboratoriummortel naar gebruik in de praktijk

In eenvoudige bewoordingen laat de studie zien dat een zorgvuldige balans van staalslak in deze op afval gebaseerde mortel een materiaal dat gevoelig is voor scheuren kan veranderen in een taaier, betrouwbaarder product. Ongeveer 40% vervanging door staalslak levert een combinatie van hoge sterkte, verminderd scheurrisico en betere verwerkbaarheid, terwijl nog steeds grote hoeveelheden industrieel afval worden verbruikt en de hoge CO2-voetafdruk van conventioneel cement wordt vermeden. Hoewel het werk zich richtte op een periode van 28 dagen, wijst het op praktische recepten voor groenere bouwmaterialen die beter gebruikmaken van wat de industrie momenteel weggooit.

Bronvermelding: Huang, T., Xie, Q., Deng, J. et al. Effects of steel slag content on the performance of alkali-activated coal gangue-slag mortar. Sci Rep 16, 7993 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38962-1

Trefwoorden: staalslak, groen beton, recycling van industrieel afval, drogingskrimp, alkali-geactiveerde mortel